揭秘透明之谜：为什么有些固体透明而有些不透明？
揭秘透明之谜：为什么有些固体透明而有些不透明？
在日常生活中，我们经常接触到各种固体物质，其中一些是透明的，如玻璃；一些是不透明的，如铁；还有一些是半透明的，如某些玉石。这种现象背后隐藏着怎样的科学原理？本文将从微观角度揭示透明的本质。
光的本质
要理解透明的本质，首先需要了解光的本质。如今我们知道，光是一种电磁波，具有波粒二象性。按照量子力学的诠释，光子就是光量子，或者说能量子，光就是能量。电磁波的能量是量子化的，并不是连续的，只能一份一份地传播。
固体的微观结构
物质是由原子组成的，原子包含原子核和核外电子，核外电子拥有一定的轨道，而且是分层的。最外层的电子可以构成共价键来连接原子。固体物质的共价键可以将原子很紧密地连接起来，不太容易移动位置，所以我们会看到固体物质。
同时固体可以分为晶体、非晶体和准晶体。简单来说，晶体的分子分布很有规则，而非晶体内部的原子排列混乱无序。准晶体属于金属互化物。
光与固体的相互作用
光子可以直接穿过固体吗？日常生活经验告诉我们，光确实可以穿过某些固体，比如早晨的阳光可以穿过玻璃照进室内。但事实并非如此简单。
虽然原子结构中，原子核和电子都非常小，大部分空间都是虚空，但这并不意味着原子核周围真的是“空无一物”。为什么？因为电子并不是老老实实地围绕原子核运转，而是会呈现出“电子云”形态，位置非常不固定，随机出现在原子核周围的某个位置。
所以，对于固体物质来讲，留给光的缝隙都很小，这意味着光在穿越固体物质的时候，大概率会撞击到粒子上。撞击的结果有三种：反射、散射或者直接被吸收。
透明与不透明的原理
当光子与电子的耦合态即将飞出物体物质时，就会解开然后发射出光子。发射出的光子信息与之前的光子很像，但并不是一个光子。
那么，为什么有些固体物体不透明呢？
其实这里牵扯到电子跃迁。并不是所有的光子都会与电子发生耦合作用。因为电子拥有不同的能级，也就是轨道。最靠近原子核的是基态，外面的是激发态能级。基态是最稳定的轨道，电子都有跃迁到基态的趋势。
电子只能在不同的能级之间跃迁，而不能位于两个能级之间。这意味着电子吸收或者释放的能量必须是一个整数的倍数，而不能是任意值。如果光子的能量恰好等于两个能级的能量差，光子被吸收，电子就会发生跃迁，这时候固体就表现出不透明。
相反，如果光子能量与不同能级的能量差不匹配，电子就不会发生跃迁，光子不会被吸收，表现出来就是透明。
而很多金属导体，原子外面拥有很多自由电子，光子碰到这些电子时，大部分都会被反射出去，只有一小部分被吸收。相当于光子都被阻挡了，所以大多数金属都是不透明的。
总结
一个物体是否透明与光有很大关系，光的能量越高，也就是频率越高，从而轻易穿过物体，就是透明的。我们所说的透明都是相对于可见光而言的，可见光的能量相对较弱，所以很多不透明的物体，比如说铁，在更强的电磁波面前，比如说伽马射线，铁也是透明的。