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光子若是粒子,为何能穿透厚玻璃却穿不透不透明的薄膜?光子若是波,为何能精确传达物体的影像?

这个问题提的好,其涉及两个知识点及其不同的观念。其一是光的本质是什么,是粒子还是波?其二是物质的实体性,任何物体之所以占有一定的空间,其是否具有绝对性?是因为物体具有充满空间的实体,还是由粒子的高速运动所形成的封闭体系?

光的波粒二象性,早在牛顿时期就被发现了。由于当时盛行非此即彼的形而上学思维,认为光子的本性只能在粒子和波中二选一。他们实在无法理解对立现象的统一性。

后来,人们认识到不仅是光子,所有的微观粒子都具有波动性。因而,光子也和其他粒子一样,其本性是粒子,波动性只是外在物理背景的不连续性所产生的宏观结果。

比如,将细小的花粉放入水中,花粉会呈现出无规运动。这说明水是由无数离散的水分子构成的。正是由于水分子对花粉的不对称碰撞💥,使花粉具有一定的热运动,呈现出了波动性。

爱因斯坦就是利用光的粒子性很好地解释了光电效应,光子是量子的激发态。而量子就是我们宇宙中,由普朗克常数h定义的最小粒子,其构成了宇宙的物理背景,即形成了不连续的量子空间。

在二十世纪初,卢瑟福进行了一个意义非凡的实验。该实验颠覆了我们以往对物质的认识。

在过去,物质是有的代名词,具有实体的概念。然而,当卢瑟福用阿尔法粒子轰击金箔时,其意外地发现,只有约万分之一的粒子被反射了回来。

该实验结果意味着原子内部是十分空旷的,其体积仅只是由电子的高速运动产生的屏蔽效应,所形成的封闭体系。

这就好比是子弹与电扇的关系,它们并不是绝对的。电扇是否具有封闭性,取决于子弹与电扇的速度之比。如果这一比值远大于1,电扇具有可入性;反之,则具有封闭性。

在现实的生活中,这种由量的变化,导致不同结果的例子有很多。比如,光子的频率高低,只是表明其能量的大小,并不会由此改变其本性。

然而,能量较低的可见光会被人体反射回来,所以我们可以看到彼此;能量较高的x射线却会穿过人体,其仅会被密度较大的骨头🦴反射回来。我们人类正是利用x射线的这一特性,利用x射线对人体照射,来检查人体内部的情况。

由于光的本性是粒子,由于物质的体积是粒子运动所形成的封闭体系,因此光能否穿过物体,取决于光子的能量大小以及该物体的封闭性。

如果是能量极高的x射线和伽马射线的话,多数物体都是透明的。作为极端的例子,能量最高的中微子可以自由地穿过数光年厚的铅块。

如果是能量适中的可见光,其是否能够穿透物体,则取决于物体所具有的封闭性。而物体的封闭性,一方面是由其密度决定的,另一方面则取决于该物体的电子运动。因为,对光产生屏蔽效应的是电子,而不是质量很大的质子。

因此,光子之所以能够穿透玻璃,说明玻璃的自由电子较少;而能够反射阳光的薄膜,通常是由大分子组成的有机物,其众多的电子对光具有较大的屏蔽效应。

总之,我们应该树立概率的观念,粒子是否能够穿透物体,取决于两者速度或能量的比值。而光的本质也是粒子。于是,其究竟能否穿过物体,取决于该物体对光子的封闭性。

至于为什么光子能够清晰地反映物体的边缘,而不受其波动性的影响,是因为光子的波长很短,我们人眼是看不出光的波动性的。

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