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第三章 下午 3 1 回到办公室（第4页）

然而，量子力学（或者说是20世纪前30年发展起来的描述微观世界的物理学）将光解释为一份一份能量子的组合，这个能量子就称为量子或光子。

单个光子的能量取决于辐射的频率（也可以说取决于其颜色：例如，蓝色光子比红色光子的能量更多）。

相反，一束光的强度则与单位时间内穿过单位表面的光子数有关。

电磁辐射之所以能与物质相互作用，是因为原子和分子在每个状态中的能量值都是确定的（也就是说它们拥有量子化的能级）。

如果一个光子的能量（也就是特定的频率）等于原子或分子的两个能级之间的能量差，那么光子就可以被吸收。

因此，当物质面对特定频率的辐射时，它会表现出不透明的性质。

如果不是特定频率，则该物质将会是透明的。

正如我们在第一章第1节中已经看到的那样，在固体中，能级组成价带和导带，价带和导带由一个禁带（forbiddenband）隔开。

在玻璃中，能隙（禁带宽度）的值比可见光的频率值更高，而且禁带中没有能级。

因此，可见光的辐射不被吸收，可以透过玻璃。

如果我们使用紫外线辐射，情况就会不一样。

紫外线辐射的频率较高，因此能量也较高，可以与玻璃的能隙值相对应。

所以紫外线辐射被吸收，玻璃对这种辐射不透明。

如果换种物质，将紫外线辐射照射到纯二氧化硅（如石英）上时，紫外线就可以穿过二氧化硅而不被吸收。

在制备玻璃的过程中，在二氧化硅中加入其他物质（主要是纯碱，即碳酸钠）可以改变玻璃的能隙值，使它能够吸收紫外线辐射。

除了与可能的吸收辐射有关外，当玻璃表现出与光波长相当或更大面积的光学均匀性时，玻璃也会变透明。

如果玻璃表现出不均匀性，光就会在各个方向上发生散射（sg）。

这通常发生在多晶材料中，由于晶界（grainboundary）[相邻晶粒（或微晶）之间的界面]的不均匀性（见第二章第2节）而产生光的散射。

它也会发生在毛玻璃中，人们故意在玻璃的表面上制造这些不均匀性以使其变得半透明。

玻璃对红外线辐射一般也表现为不透明。

红外线辐射的光子能量比可见光的能量低，但却等于玻璃分子振动能级的值。

这些能级的产生是因为原子必须围绕它在分子内的平衡位置进行振动。

此外，玻璃中的某些物质还可以使禁带中出现能级。

在这种情况下，一定频率的光辐射就可以被吸收，因为不是所有组成白光的色光都能通过玻璃，玻璃就会被染上颜色。

如果在熔融的玻璃中加入氧化钴，我们就会得到蓝色的玻璃；加入氧化铜，就会得到绿色或淡蓝色的玻璃；加入锰化合物，就会得到紫色的玻璃；等等。

最后，我们注意到，即使是无色玻璃，实际上也不完全是无色的。

如果我们从切割边缘（玻璃有一定的厚度是为了增加光线所穿过的厚度）观察玻璃片，就会感觉玻璃略呈绿色，这是因为玻璃中存在一些不可避免的杂质，但是当光线穿过的玻璃厚度较小时，我们就不会注意到这些颜色。

你的眼镜镜片是由玻璃制成的，但你也知道，光学性能与玻璃相当的塑料镜片出现也已经有一段时间。

塑料镜片的优点是不易碎、重量轻。

相反，玻璃镜片更耐磨损，除了可能会破损的缺点，它们能保持光学性能不变，有更长的使用寿命。

你的镜片还有另一个典型的化学（或者更确切点，光化学）特点，就是具有光致变色功能。

这种镜片在亮光下颜色会变暗，起到太阳镜的作用。

反之，当镜片处于光线较弱的环境中时，它们就像普通眼镜一样是完全透明的。

这些镜片的功能原理与我们在第一章第5节中讨论的摄影原理非常相似。

实际上，镜片的这种奇特现象也是因为卤化银。

20世纪60年代上半叶，美国康宁公司（corporated，制造玻璃、陶瓷和其他类似材料）生产了第一块变色镜片。

正如我们在摄影那一节看到的那样，当溴化银受到光的照射时，它会分解并释放出一定量的金属银。