透明的物体 , 为什么我们也能看见?
答:
这是个非常有趣的问题 。 首先我们知道 , 可见光的本质是电磁波 , 可见光其实是是电磁波谱中人眼可以看见的部分 , 而“看到物体”其实是物体发出(或反射)的可见光进入了我们的眼睛 。 我们生活的环境中充满了各种各样的光介质 , 不同介质中光的传播速度不同 。 根据费马原理 , 光会沿着使光线传播时间最稳定的路线传播 。 在均匀的介质(比如温度均匀的空气或水)中 , 光路一定是直线;但是当介质不均匀时 , 光路就不一定是直线了 。 海市蜃楼、太阳下山晚等等有趣的现象就是由此导致的 。
说回到透明物体 。 我们在生活中大多数“看到透明物体”的现象其实就是光介质不均匀所导致的 。 我们可以简单分类讨论:
有一种情况是光介质发生了改变 。 光在界面上会发生折射和反射 , 和人眼位于界面同一面的光源向界面发射光 , 反射光进入我们的眼睛 , 我们就看到了界面的存在 。 和人眼位于界面不同面的光源向界面发射光 , 折射光进入到我们的眼睛 , 也会使我们察觉到中间有透明的物质存在 。 透明玻璃上的反光 , 放大镜的放大效果都是这种现象的体现 。
还有一种情况是 , 同一种的介质由于各种因素影响变得不再均匀 , 光在其中也不再沿直线传播 。 直观的体验是夏天的午时站在柏油马路旁 , 你会看到空气中“热浪滚滚” 。 这实际上就是由于地面高温 , 热量传递到空气中 , 使得空气不再均匀 , 穿过空气的光线也不沿直线传播 , 看起来就像某种物质在空气中弥漫一样 。
其实 , 不光可以说某物质对可见光是“透明”的 , 也可以说某物质对其他波段的电磁波是透明的 。 比如 , 骨头对X光是不透明的 , 而其他身体组织对X光却是透明的 , 因此我们可以用X光成像看到身体内部 , 帮助医生诊断 。
最后 , 我们可以稍微拓展一点 。 从电动力学的角度 , 真空才是真正的透明 , 其他物质都会与电磁波作用并影响电磁波的传播 。 另一方面 , 我们由广义相对论可知 , 在大质量的天体附近 , 时空会发生明显的弯曲 , 在这里传播的光线也会看起来发生弯曲 。 之前轰动一时的黑洞照片中的像 , 其实就是背景光源的光线经过了黑洞附近 , 发生弯曲的光线被我们观测到所成的像 。 因此 , 和前面讨论的类似 , 我们也能借助时空的弯曲来“看”到透明的真空呢 。
by Quesmark
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