为什么微波、红外线、紫外线、X 射线、伽马射线都能穿过物体,唯独可见光不能?

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为什么微波、红外线、紫外线、X 射线、伽马射线都能穿过物体,唯独可见光不能?王一,理论物理 宇宙学
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好多答案批评这道题的提法。

为什么微波、红外线、紫外线、X 射线、伽马射线都能穿过物体,唯独可见光不能?

当然这道题算不上严谨,反例很多。但是其实这是一个很深刻的问题。综合各种物质,平均而言,确实,波长更长可以绕过去,波长更短可以冲过去,可见光的穿透力是最弱的。

这个问题可以拆分成两部分。

一、为什么存在一个频率范围,比较不透明?从基本原理上说,这是因为两条原则:

1. 物质有基本的组成单位,即原子分子。这个基本尺度是“不透明”的波长的来源。如果物质是连续可分的,还突然冒出一个波长比别人更不透明,那才是怪事了。

2. 相似尺度(更准确一点,应该理解成频率共振)的物体,更容易相互作用。可见光和原子频率相似,所以更容易被吸收和反射。一些回答里面,用量子力学计算物体对不同波长光的吸收,就是这样一个例子。

当然,原子容易吸收的光的波长,定量的计算需要量子力学波函数电子云什么的。但是定性的估计,用一些常识就可以了。原子半径  米,周长是  米。电子速度约是光速的 1/100(其实这就是著名的 ),所以为了让电子在原子核外运动,和电磁波共振,需要的电磁波波长约为,和可见光波长是接近的。(差了一个量级,是因为实际上我们要算的是原子的能级差,而不是能级本身,以及氢原子的莱曼线系确实是紫外的。)

多说一句,相似尺度更容易相互作用,也是我们得以用重整化群和层展来认识这个世界的基础 -- 我们没必要一次性认识到这个世界的最基本的理论,而是可以一层一层地(按牛顿力学、相对论、量子论等)认识这个世界。

二、为什么这个比较不透明的频率范围恰好是我们能直接用眼睛看见的“可见光”?因为不透明有如下特点:

  1. 比较容易看见。透明到穿过视网膜的程度,对生物体来讲比较难感知(天线宝宝除外)。
  2. 看见以后更有用。如果你看见的是一个比较透明的波段的话,那么你看见的和摸到的世界将非常不一样。这样,世界将更难认知。
  3. 补充一下评论区云航说的,太阳光能量在可见光区最大。

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最后,我觉得,提一个严谨而平庸的问题是容易的。提一个深刻的问题,就算不那么严谨,也是很难、很需要创造力的事情。知乎上面又不是出高考题,又不需要评分标准,所以,问题没必要像解答那么严谨。对深刻而不严谨的问题,或许可以多些宽容。

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