光,這種物質與我們日常生活中所接觸的其他物質存在顯著的差異,這導致我們大多數時候都忽視了光同樣是一種物質的事實。
那麼,光是否為一種物質呢?答案是肯定的。光是由光子構成的,而光子是基本粒子,無疑是一種物質。然而,儘管光是物質,它卻與一般的物質有所不同。在物理學上,光既被看作是粒子,也被看作是電磁波,這就是所謂的光的波粒二象性。由於光是一種電磁波,因此它具有週期性的定向振動,可以通過光實現能量和動量的傳遞。總的來說,光是一種可以參與各種能量形式之間轉化的特殊物質。
然而,無論其特殊性如何,光仍然無法穿透密不透風的牆壁。
有趣的是,儘管其他物質無法穿透同樣密不透風的玻璃,但光卻可以輕易地穿透。這究竟是為什麼呢?既然光能夠做到其他物質不能做到的事情,那麼光與其他物質之間必然存在某種關鍵的區別,這種區別涉及到物質的本質。一般來說,物質是由分子或原子構成的,如果進一步分解,還可以分為原子核和核外電子。
無論是分子、原子,還是電子,它們都有兩個核心要素,即品質和電荷。通過這兩個要素,我們可以計算出一個粒子的荷質比。
不同的物質具有不同的特性和行為,而決定一種物質特性和行為的關鍵就是該物質的品質和電荷。然而,與其他物質不同,光是沒有靜止品質的,正是因為沒有靜止品質,光子從誕生的那一刻起就能夠、也只能以光速運動。這就引出了一個問題:既然光子沒有質量和電荷,那麼光子的特性和行為又是由什麼決定的呢?實際上,光子的特性是由另外兩個因素決定的,即頻率和動量。
當我們討論光子是否能夠穿透牆壁或玻璃時,實際上我們在討論的是光子與這些物質之間的相互作用,更具體地說,就是光子與構成這些物質的分子或原子之間的相互作用。
當光子遇到其他原子時,其自身的頻率和動量會影響原子中電子的振動和移動。反過來,電子的振動和移動也會影響光子,改變光子的傳播方向和傳播速度。這樣,光子就會被散射和吸收,光就會消失,這就是光無法穿透牆壁的原因。
然而,玻璃的情況就不同了。
玻璃由大量的矽原子和氧原子構成,但光能否穿透玻璃與構成玻璃的原子種類無關,關鍵在於這些原子的排列方式。在玻璃中,原子以特定的方式排列,這種排列非常有規律。因此,當光子與玻璃中的原子發生相互作用時,傳播方向和傳播速度發生改變的光子將沿著玻璃內部的固有結構進行傳播,不會像在牆壁中那樣被散射和吸收。也就是說,與玻璃中的原子發生相互作用后的光子,其傳播方式是可以預測的。
正因為此,最終光子會穿透玻璃,只是傳播方向會發生一定的變化,這種現象在巨集觀上就被稱之為“折射”。
由於不同顏色的光具有不同的頻率,因此與原子發生相互作用后,傳播方向的改變也不同。在巨集觀上所反映出來的就是折射率的不同,所以太陽光在經過折射之後會被分解為七色彩虹。理解了光能夠穿透玻璃的內在原理,我們對光的本質就有了更深一層的認識,這將幫助我們更好地理解光的各種特性以及與這個世界的相互作用。