光線穿透玻璃，可以理解為光子穿過了實體嗎？

光線傳播是我們日常生活中碰到過的最常見的現象之一了，我們在初中物理學習時就知道光線在真空中的傳播速度最快且保持恆定，當遇到物體時，會因物體表面粗糙程度不同其反射的程度和方向都會發生變化，而在由一種介質進入另外一種密度不同的介質時會發生折射，等等。大家經常會看到光線透過玻璃這種現象，肯定都習以為常了，但是，如果深入地思考一下，光線為何會透過玻璃，而且穿透不了大多數的其它物體？光穿透過玻璃以後是不是光子的實體穿透過去了呢？

光線的組成

首先來看一下光線到底是由什麼組成的。大家都知道光線具有「波粒二象性」的特徵，其實這是一種妥協的結果，因為啥，那就是到目前為止，科學界對於光線到底由什麼物質組成還沒有統一的結論。在牛頓開啟近代物理學的奠基時期，對於光線的組成，始終由兩種聲音所覆蓋。

其中一個是粒子說，另一個是波動說，比如牛頓認為光就是由一種非常微小的粒子所組成，惠更斯則認為光是一種波，還提出了光學惠更斯原理。待到麥克斯韋建立起電磁波理論之後，科學家們發現光與電磁波各項特徵都完美地吻合，因此認為光是一種電磁波，而電磁波的傳播速度就是光速。

進入20世紀之後，隨著相對論和量子力學的建立和發展，愛因斯坦針對光的特性，提出了光量子的概念，認為任何輻射場中都是由光量子所構成，而且光同時具有顆粒性和波動性雙重屬性。之後法國物理學家德布羅意進一步闡述了波粒二象性，認為在光的理論研究中，必須同時考慮微觀粒子和周期性的概念，也就是必須同時考慮光自身的顆粒性和波動性，奠定了物質波理論的基礎。後來，薛丁格提出了薛丁格方程用以尋找物質波的波函數，玻恩提出了物質波波函數概率統計論，這些都為量子力學的發展奠定了堅實的基礎。

根據光的電磁波性質，不同波長、頻率的電磁波則代表著不同的光，根據頻率從高到低可以將光線分為伽馬射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線和無線電波。其中，我們人類肉眼可見的光線是可見光波段，波長範圍是380納米-750納米之間。

從光的粒子性看光線的傳播

從光的粒子性角度，我們可以這麼看光線穿透物體的情形。現在科學家們提出的光子概念，是基於光的粒子性出發所假設出來的，認為其是傳遞電磁相互作用的一種基本粒子，屬於規範玻色子範疇，其顆粒大小要比原子中最小的單元電子還要小出許多，因此光線具有穿透物體的「先天基礎」。

但是，由於不同材質的物體，其內部原子中電子的自由度差異很大，像金屬、土壤、身體等組成物質的原子，其電子的自由度特別是金屬物質相對較大，這樣就使原子周圍「電子云」比較「濃密」，光子所攜帶的能量在穿過這些原子時，與電子發生碰撞的機率就會很大，從而能量的吸引率就較高，物體對外表面得就不透明。玻璃這樣的物質情況正好相反，其內部原子中的電子活動性很低，光子在穿透時損耗的能量相對較少，因此能夠比較順利地穿過去，我們在外面觀察就會看到玻璃是透明的。

從光的波動性看光線的傳播

如果從光的波動性來看，光作為一種電磁波，在密度不同的介質中傳播速度是不一樣的，傳播速度取決於這個介質的兩個常數，即介電常數和介磁常數。如果光線接觸到一個物體，想要進入這個物體所創造的介質環境，那麼根據經典電磁學理論，處在物體這個介質環境之外的介質（比如空氣和水），外面的電磁波所產生的電場和磁場，必須要在物體介質環境下感應出相應的電場和磁場才能傳播。

那麼，對於金屬這樣的電的良導體來說，在內部是根本無法形成電場的，所以金屬的內部很難再產生電磁波，也就是失去了電磁波的存在條件，所以光線在遇到金屬之後，極難進入其中，絕大部分都會被反射出去，這也是為什麼金屬都具有很強反射能力的根本原因。而對於其它一些表面非常粗糙、非勻質材料構成、對某一單色光反射能力強的物體等，都會產生相應的強反射作用，我們在外面看來這些物體也是不透明的或者透明度很差。

如果從能量的角度來看，電磁波是電場和磁場相互交叉式的傳播，那麼這個波動的波峰和波谷則可以看作電場的兩個峰值。當處在一個介質中的光線，其光子被介質中的原子吸收時，電子就會被激發到較高的能級之上，同時有一定的機率會再釋放出光子，假如電磁波波函數模的平方（光子出現的概率）在傳輸的過程中，一直呈現有極大值的趨勢，那麼光線的能量損耗就小，就能夠穿透這個物體。相反，如果在光子被吸收之後重新釋放的概率很小，那麼波函數就無法再可持續性地延續下去，也就是說波函數模的平方基本變為了0，光線就無法再穿透這個物體。

總結一下

根據前後的分析，我們可以看出，一方面玻璃是一種非常理想的絕緣體，電磁波在這個介質中傳播可以完美地再現電場產生的環境；另一方面玻璃中的原子對光線能量的吸收率很低，即使被原子吸收重新釋放出光子的概率也很大，總能夠形成波函數模的平方峰值。因此玻璃就顯得非常透明。與玻璃相類似，純水結成的冰、水晶、冰糖等這樣的物體，也是同樣的道理，光線能夠以較低的能量損耗穿透過去，而根據光的波粒二象性，我們既可以理解為是光子穿透了過去，也可以認為是波穿透了過去。