昨天我们讲到结构色和色素色产生的原因,今天再来看看光和物体作用的另一个有趣性质,你们发现没有,除了颜色,物体还可以是透明的或不透明的。也就是说光线可以穿越物体或被物体阻挡。更加有意思的是,液体大都是透明的,比如水,油和蜂蜜,但是固体呢,却相反,大都是不透明的。
首先,我们不讨论100{82d421373fcc3c8988724c178618587190cde72dc92a4674dcadf7bd8e705445}吸收光线的物体。那样的物体是黑色的。
液体大都是透明的,固体大都是不透明的,这是巧合还是有什么结构上的原因?
为了回答这个问题,我们来检查一下光线到达物体表面会发生什么样的作用?
- 吸收:不同分子吸收不同特定波长的光,或者不吸收光。这也是颜色的来源之一。
- 透射:没有被完全吸收的光线有部分可以透过物体。
- 反射:在两种物质的界面上没有被完全吸收的光线有部分会反射回去。
- 散射:当光波碰到微小颗粒(尺度相当或小于光波波长),部分光波弥散到各个方向。
等等。
那么液体的结构有什么特别呢?纯净的液体内分子是自由运动的,充满整个体积,并且均匀分布。这样反射局限在表面,杂质引起的散射几乎没有,如果液体分子不把可见光全部吸收的话,会有一部分光线穿透液体,使得液体表现出透明的物理性质。
牛奶为什么不透明呢?那是因为牛奶有蛋白质等小颗粒悬浮在水中,这些颗粒产生了无数的小界面,不断反射和散射光线到其它方向。最终穿透牛奶的光线就不那么多了,看起来牛奶是半透明的。
固体的情况比液体复杂一点。类比于液体,一个物体要透明,除了不能100{82d421373fcc3c8988724c178618587190cde72dc92a4674dcadf7bd8e705445}吸收光线之外,还要表面平滑以减少表面的反射,质地均匀减少在物体内部的反射和散射。这样的固体有晶体,因为晶体有高度有序的结构。玻璃虽然不是晶体,但是它也是致密均匀平滑的。这样的结构反射和散射都很少,就显得透明了。
固体大都是不透明的。它们有的是反射性特别强,比如金属,更多的是因为表面和内部结构不规则。比如我们有一块透明的冰块,如果用砂纸刮一下表面,立刻会生成白花花的一块表面,不再透明了,这是因为不平滑的表面的表面积大大增加,并且向各个方向胡乱反射光线。还有固体内部往往也不均匀,任何不均匀的地方都会反射和散射光线,反射和散射使得我们在其它方向能看到该物体,并且使得直线穿透的光线几乎没有(固体够薄的话还是可以观察到部分光线通过的)。
所以透明不透明,很大程度上取决于上面4个因素,吸收,透射(更精确一点讲是折射),反射,散射。同样的材料,可能在某些条件下透明,另外一些条件下不透明。冰块和雪花就是很好的例子,玻璃磨成粉也是白的,透明塑料棒反复扭折也会在疲劳处变白不透明。如果我们混合两种透明但不混溶的液体又会怎么样呢?比如水合油,对了,摇匀以后不透明了,而是呈现乳白色。
