在日常生活中,我們能看到各種五顏六色的物體,比如白色的云、紅色的花、綠色的葉子和黑色的墨水等等,你有沒有想過為什么呢?可能有些同學一下子就想到中學的課本上說過,我們能看到物體是因為它們能反射光,而它們的顏色不同是因為它們只反射特定的光,比如葉子呈綠色是因為它們反射綠光。原因就是這樣~但本篇文章想給大家科普一下稍微更深入的細節,讓大家對“光”這個看不見的東西有一個比較全面的認識。
首先我們來想一下我們能看到一個東西需要哪些條件呢?一,要有一個被觀察的物體;二,接收器——我們的眼睛;三,光。前面兩個事物通常是存在的,所以第一個問題來了,光是什么,怎么來的?
光的本質
大家有沒有聽說過波粒二象性呀,沒有聽說過也沒有關系,它說的是光既是粒子又是波,具有這兩種理論上是對立的屬性,我們不用深入那么多,只要知道兩點:一、由于微粒的性質,我們可以把光理解為由多個光子組成的,我們所說的光就是看到一堆光子的集合而已;二、由于波動性的存在,我們可以將不一樣的光理解為不一樣頻率的光子的集合。
舉個例子,我們可以把紅光理解成一堆處于紅光頻率的光子的集合,這是單色光,只有一種頻率;而白光就比較特殊,它是復合光,即里面包含了多種頻率光子。
好了這就是光的本質,就是一堆具有一定頻率的光子集合,如果只有一種頻率的光子,那就是單色光,如果有多種頻率的光子,那就是復合光,比如白光。
“看見”的本質
上面一節我們介紹了光的本質,現在我們就可以聊一下“看見”的本質。大家思考幾個問題,你看見了一個東西,你到底是看見了這個東西的什么?它為什么可以在你腦子里面形成一幅圖像跟你說我長這樣?它是把什么東西射到你眼里或者腦里了嗎?如果它一直在發射它身上東西,那發射完了它不就不見了嗎?
答案就是物體并不發射粒子讓你感知到它,我們看到的其實是這個物體身上“射”出來光,也就是一堆一定頻率的光子集合。注意這里的射是帶有雙引號的,那么問題來了,這些光子從何而來,是從物體本身發射出來的嗎?
答案:一般的物體不會發射光子,它們“射”出來的光子其實是“反射”從別處來的光子,而這別處就是會產生光子的地方,也就是會發光的地方,我們稱其為——光源。
光源
上面說到,一般的物體是不會發射光子的,那哪些東西可以發射光子呢?我們只要想一想生活中哪些東西是發光的就知道了。可以發光的物體包括很多,比如太陽光,燃燒的蠟燭,電燈或者是螢火蟲的屁股等等。
那為什么這些東西可以產生光子呢?要回答這個問題,我們先來回憶一下上面的一個知識點,那就是光本身就是一個具有一定頻率的能量波。所以如何產生光的問題可以轉換成如何產生能量波?或者說如何產生釋放能量?
在中學中我們可以知道物理反應和化學反應就可以釋放能量的,而上面所說的太陽光、燃燒的蠟燭、電燈等等光源發光的原因就是因為發生了物理或者化學反應從而釋放出能量波(也就是光子集合),而這些能量波剛好有部分的頻率是位于可見光的頻率當中的,因此我們才能“看見”光。所以總結來講,光源就是一個可以發生反應從而釋放出光子的地方。
答案
在上面幾節介紹了光的一些知識點之后,現在我們終于可以來解答題目的問題:為什么我們能夠看見五顏六色的物體?
我們先把“看見”的流程過一遍:1.光源發生反應,向四周釋放出光子;2.光子撞到了某個地方(我們把地方稱為x處)某個物體(我們把物體稱為y東西),然后彈了出去;3.被彈掉了光子沿空氣直線傳播到了我們的眼中,此時我們就會看見,在x處有個y東西,這就是“看見”的過程。
然后我們來解釋為什么會看到五顏六色的物體哇。我們知道物體也是由粒子組成的,而這些粒子會吸收特定頻率的光子,也就是說,如果有一堆光子打到這些粒子身上時,這些粒子就會像漏斗一樣,把自己喜歡的光子留下了,然后把不喜歡的光子踢走(反射)。所以五顏六色的原理就是物體把某些頻率的光子給吸收了,然后把不能吸收的光子反射出去,而不同的物體吸收和反射的光子頻率不一樣,因此造成我們看見的顏色不一樣。思考一個小問題,如果有些物體來著不拒,把所有的光子都吸收了,那它應該是什么顏色呢??。。。對啦那就是黑色。
所以這就是這個世界繽紛多彩的原因啦~
推薦讀物——《上帝擲骰子嗎》,這是一本介紹量子物理史話的科普書,雖然是與量子論有關的,但是內容更偏向于科普性質,可以讓我們對這個世界的本質有一個更深層次的理解~