我們如何解釋關燈後, 燈光的光子跑到哪裡去了?

2021-01-15 易途

一種物質(空氣,牆壁,眼睛)就有原子和電子。在光經過時,粒子(原子、離子或分子)中電子吸收能量會從低能級轉移到高能級。這種行為叫做電子的躍遷。

獲得足夠的能量,電子就會進入更外圈運動,攜帶更多能量。越外圈會越不穩定,回到內圈,放出能量。

除了真空外,沒有任何物質是對光完全透明的。每一種物質都會有兩種能量的吸收方式。一般吸收和選擇吸收。一般吸收是指對很大範圍的波段都有吸收,但是吸收量很少;選擇吸收會對特定的波段吸收強烈。可見光範圍內,前者通常不會改變顏色,後者會改變顏色。回到最初的問題下,這個答案是否定的就在於無論怎麼選擇材料,只要有邊界,就肯定有損失,最終光會被吸收殆盡。

關燈後,我們看不見光,主要是因為光子被牆體,即組成牆體的分子吸收掉了。

不同意光電效應,首先光電效應一般是發生在金屬,而且是金屬表面而言的。結果是光子被金屬表面原子的電子吸收,用於克服表面勢壘,然後電子逃離金屬,同時金屬因為失去電荷而帶正電。即便家中的牆體某些地方有金屬,這種情況也不可能發生。定量的考慮,比如鎂,逸出功為5.9E-19J,計算下就可以得出光的波長必須小於337nm, 屬於紫外範圍吧,這不是一般光源可以提供的。

燈的作用,實際是提供了產生光子的源頭。我們看見光源,是由於氣體分子的散射,牆體分子的散射(氣體分子,牆體分子在電磁波的作用下,偶極發生阻尼振動,除了吸收一部分能量用於克服阻尼,還會重新發出電磁波,即散射). 由於光子不斷地被電燈產生,所以這個過程不斷發生。當燈關閉後,由於阻尼的存在,能量被耗散掉,這個過程非常快,估計在10-19s量級。經典電動力學中有描述光和物質相互作用的經典理論,它能夠解釋一大部分的現象。晶體對光的吸收可以參考固體物理。

如果牆體中有螢光分子,情況就不一樣了,螢光分子由於特殊結構的電子結構,在外界光源沒有以後,電子重新回到基態(這個過程很複雜,內轉換,偶極躍遷等等),發出可見光。這個時候,憑藉這種微弱的發光,可以模糊看到一些東西。

光的吸收和輻射一樣,都是量子過程,說來既簡單又複雜。咱們通常了解的玻爾對氫原子光譜的解釋是最簡單的,複雜原子分子的電子躍遷過程就不是一句兩句能解釋的事情了。好玩的是,黑體輻射,也就是大量物質表現出來的光吸收和輻射行為又很簡單了,黑體輻射公式的疑難——普朗克提出量子論——玻爾提出氫原子的量子理論,大家可以很容易找到這些資料來了解。這也就是樓主要求的微觀解釋,要更技術一些的,那就得去翻光譜學,或者輻射機制。

光的輻射和吸收,是物理學的重要內容,在天體物理學上也非常重要。

光到哪裡去了,被環境裡的原子分子給吸收了。

(圖片來源網絡,禁止轉載)

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