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问题

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？

回答
你这个问题提得很有意思，也触及到了电磁波与物质相互作用的本质。其实，你提到的几种电磁波，包括可见光，很多时候并不能“穿透”物体。它们能不能穿透，以及穿透的程度，取决于电磁波的频率（或波长）以及物体的组成和结构。

我们来一一拆解一下：

电磁波的“穿透”是怎么一回事？

电磁波本质上是变化的电场和磁场交替传播的能量。当电磁波遇到物质时，会发生几种情况：

1. 反射 (Reflection)： 电磁波撞击到物质表面，被弹开。就像一面镜子反射光一样。
2. 吸收 (Absorption)： 物质的原子或分子吸收了电磁波的能量，导致电磁波的强度减弱。吸收的能量可能会转化为热能，或者引起物质内部的电子跃迁。
3. 透射 (Transmission)： 电磁波穿过了物质，继续传播。这就是我们常说的“穿透”。
4. 散射 (Scattering)： 电磁波在物质内部遇到粒子，改变传播方向。

“穿透”的发生，是说透射的量大于或等于被吸收和反射的量。

为什么你会觉得其他几种射线“穿透力”更强？

这是因为它们的能量更高，频率更高（波长更短），与物质的相互作用方式和可见光有所不同。

1. 微波 (Microwaves)

能量级别： 能量比可见光低。
与物质的相互作用： 微波最典型的作用就是引起水分子的剧烈振动。水分子是极性分子，有正负电荷中心。微波的电场变化会反复地拉伸和压缩水分子，让它们快速旋转并相互碰撞，产生大量的热能。这就是微波炉加热食物的原理。
穿透性：
对食物： 微波可以穿透食物的表面，但穿透深度有限，通常是几厘米。因此，食物内部较厚的部分可能加热不均匀。
对大多数塑料、玻璃、陶瓷： 这些材料对微波来说是透明的，所以微波炉的门和炉腔内壁常用这些材料。
对金属： 金属会反射微波，所以不能将金属放入微波炉。
对水： 水会强烈吸收微波，转化为热能。

2. 红外线 (Infrared Radiation)

能量级别： 能量比可见光低，比微波高。
与物质的相互作用： 红外线主要引起物质的分子振动和转动。当红外线照射到物体上时，物体内的分子吸收能量，振动频率增加，导致温度升高。这就是我们感受到的“热辐射”。
穿透性：
对人体皮肤： 人体皮肤和血液中的水分子对红外线有较强的吸收，因此我们能感受到红外线的“热”。
对玻璃： 普通玻璃对可见光几乎是透明的，但对红外线（尤其是长波红外线）有一定的吸收作用，这就是为什么夏天关着车窗，车内温度会升高，部分是因为阳光中的红外线被玻璃吸收并转化为热量。
对某些材料： 某些特殊玻璃（如锗、硒化锌）对红外线非常透明，用于制造红外线望远镜和热成像仪的窗口。

3. 紫外线 (Ultraviolet Radiation)

能量级别： 能量比可见光高。
与物质的相互作用： 紫外线能量较高，足以引起电子的跃迁，甚至破坏化学键。
对皮肤： 紫外线可以引起皮肤晒伤、老化，长期照射还会导致皮肤癌。这是因为紫外线破坏了皮肤细胞中的DNA。
对荧光材料： 紫外线可以激发某些物质发光（荧光），这是紫外线能够“穿透”并作用于内部的例子。
对生物体： 紫外线可以杀灭细菌和病毒，这是紫外线消毒的原理。
穿透性：
对普通玻璃： 普通玻璃对大部分紫外线（尤其是UVA和UVB）有阻挡作用。你透过普通玻璃晒太阳，皮肤感觉不到那种强烈的“晒伤”感，但UVA仍能穿透。
对石英玻璃： 石英玻璃对紫外线（包括更短波长的UVC）的穿透性比普通玻璃好得多。
对空气： 紫外线在空气中传播的距离相对较短，会被空气分子散射和吸收。

4. X 射线 (Xrays)

能量级别： 能量远高于紫外线。
与物质的相互作用： X 射线的能量足以电离原子，即能够将原子中的电子踢出。它们可以穿过原子，与原子内部的电子云相互作用，或者被原子核附近轨道的电子吸收。
穿透性：
对软组织： X射线对人体软组织（如皮肤、肌肉、脂肪）的穿透力很强，因为这些组织的原子密度较低，电子束缚较弱。
对硬组织： X射线在穿过骨骼、金属等原子序数高、密度大的物质时，会被强烈吸收。这就是为什么X光片能显示出骨骼的影像——骨骼吸收了更多的X射线，没有穿透到胶片（或探测器）上。
穿透深度： X射线的穿透深度与其能量和物质的原子序数/密度密切相关。高能X射线能穿透更厚的物质。

5. 伽马射线 (Gamma Rays)

能量级别： 能量是电磁波谱中最高的。
与物质的相互作用： 伽马射线的能量非常高，可以与原子核内的粒子相互作用，或者与原子中的电子发生康普顿散射（将能量传递给电子并改变方向）和光电效应（将能量完全传递给电子，将其踢出）。它们能够直接作用于物质的原子核。
穿透性：
极强的穿透力： 伽马射线可以穿透大多数材料，包括较厚的金属（如铅）和混凝土。
防护： 需要非常致密的材料，如厚铅板或厚水层，才能有效阻挡伽马射线。
应用： 用于癌症治疗（放疗）中的放射治疗，因为它们可以杀死癌细胞。

那么，为什么我们会觉得可见光“不能穿透”？

这其实是一个相对的说法，而且是对大多数我们日常生活中遇到的不透明物体的观察。

能量级别： 可见光（波长约400700纳米）的能量介于红外线和紫外线之间。它的能量恰好能被许多物质的外层电子所吸收，或者与分子振动模式相匹配。
与物质的相互作用：
对大多数固体（如墙壁、木头、衣服）： 这些材料的原子结构和电子能级，恰好会吸收可见光光谱中的大部分光子。当光子被吸收时，能量传递给物质，通常转化为热能，或者引起电子在原子或分子内的激发态跃迁（但这种激发态通常不够不稳定，不会像X射线那样引起电离）。
对不透明物体： 我们之所以看到一个物体是“红色”的，是因为它吸收了大部分可见光，但反射了红光。看到它“黑色”，是因为它吸收了几乎所有可见光。
透射的例子：
玻璃、水、空气： 这些都是我们熟知的“透明”物质。可见光可以相对容易地穿过它们，所以我们能看见玻璃后面的东西。
薄的彩色塑料片： 它们会吸收一部分光，但允许另一部分通过，所以我们能看到透过的颜色。
有些晶体： 某些晶体的结构允许可见光穿透。

总结一下关键区别：

1. 能量与相互作用：
微波、红外线： 主要引起分子振动、转动，能量不足以破坏化学键或电离原子。
紫外线： 能量更高，可以引起电子跃迁，甚至破坏化学键，对生物体有伤害。
X射线、伽马射线： 能量极高，可以电离原子，破坏分子结构，甚至作用于原子核。

2. 物质的“透明度”是相对的：
微波对水分子来说不透明，对金属不透明。
红外线对普通玻璃而言，穿透性不如可见光。
紫外线被普通玻璃吸收。
X射线对骨骼不透明，对软组织相对透明。
伽马射线的穿透力最强，但也不是绝对的，厚重的铅可以阻挡它。

为什么是可见光“看起来”不能穿透大多数东西？

这是因为我们日常接触的大多数固体材料，它们的电子结构恰好能高效地吸收可见光光谱内的能量。这些能量足够让它们的电子在能级之间跃迁，但又不足以让它们逃离原子（电离）。吸收了可见光能量的物质，最终会将这些能量以热能或其他形式释放，而不是让光继续传播。

所以，可见光并不是“不能”穿透物体，而是它遇到了我们周围绝大多数不透明物体时，被吸收或反射的比例远大于被透射的比例。 而X射线、伽马射线能量太高，它们与物质的相互作用方式（如电离）使得它们更容易“闯过”很多物质的“防线”。

你可以把这想象成一个“能量门槛”。可见光恰好位于一个“尴尬”的位置，它的能量刚刚好，既不足以轻易电离原子（X射线、伽马射线那样），又可以被很多普通物质的电子轻易吸收。而微波和红外线能量更低，引起的振动效应也更温和，更多的是引起分子的“摆动”，而X射线和伽马射线能量则高到可以直接“轰碎”原子的结构。

网友意见

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玻璃：？？？

空气：？？？

水：？？？

题中提到的

微波，红外线，紫外线，x射线，伽马射线，可见光

都属于电磁波。首先看一下电磁波频谱图：

可见光是完整电磁波的一部分，不同种类的光线对应着不同的波长(频率)段，微波，红外线，可见光，紫外线，x射线，伽马射线对应的电磁波波长依次降低，不同颜色的光对应的也是不同的波长，一般来说，从紫色到红色，其波长大约从 400nm到750nm左右。 关于可见光的一些性质可以参考下面这个视频：

那么为什么有的物质透明，有的不透明呢？这件事还要从量子力学说起。

用最简单的氢原子来说明：氢原子由原子核和一个核外电子构成。与宏观不同的是，原子中的核外电子只能稳定处在一些列离散的状态上，每一个状态都有着确定的能量。电子可以在不同的能级之间跃迁，这个过程就会吸收或者发射光子。

比如说电子处在能量为 状态上，则有可能自发地跃迁到能量较低的 状态上，并释放出能量为 的光子。而不同能量的光子就对应着不同的颜色/种类。

当然，处在能量较低的 状态的电子，如果恰好吸收了一个能量为 的光子，则会被激发到能量为 状态上。

而由于核外电子能稳定存在的状态是离散的，因此，只能放射/吸收特定能量的光子，或者说，特定颜色/种类的光。而对于其它光子则完全置之不理，换句话说，其它能量/波段的光子能毫无阻碍的穿过去。

比如说，氢原子的发射吸收光谱为：

可以看到，氢原子只会发射特定颜色的光（下图），或者吸收特定颜色的光（上图），这两者是完全对应的。

对于一个原子是这样，由大量原子构成的物质虽然复杂了许多，但是也具有类似的性质：

宏观物质往往会对特定能量段的电磁波具有强烈的吸收，而对其它能量段的电磁波几乎毫无阻碍。

这其实就是量子效应的宏观体现。

我们知道玻璃往往都是透明的，这是因为玻璃恰好（几乎）不吸收可见光波段的电磁波。下图是玻璃对电磁波波谱的透过情况[1]：

可以看到，在可见光波段0.4um-0.75um，玻璃对可见光的透过率几乎是100%，而对更短波长（更高频）的电磁波则透过率持续减小，也就是说，如果用X光或者gamma射线来看，那么玻璃其实并不是透明的。

而当电磁波波长大于1.5um的时候，这块玻璃的透过率也开始下降了。这属于红外线的波段，也就是说，这块玻璃对红外线也不是完全透明的。

所以，玻璃是不是透明，也要看对应的电磁波波长是多少。

当然，其它的物质也有类似的特点。

微波就无法透过金属，但有很强的反射，因此可以用金属做导管，制成波导：

而金属网，往往能够屏蔽电磁信号，也就是无线电、射频等波长（频率）较可见光长（低）的电磁波，也就是说，金属网对相应的电磁波是不透明的，但是金属网对可见光却是透明的。

回到题主的问题：

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？

题主的这个问题本身并不严格成立。电磁波能不能穿过物体，跟电磁波的波长/频率以及物体的性质有着非常密切的关系，需要具体情况具体分析。

需要多说一句的是，能不能透过也跟物体的厚度有关系的。玻璃也会吸收可见光。如果玻璃做的非常厚，那么也有可能导致玻璃透不过去可见光。对应其它物体与波段的电磁波也是类似的道理。

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参考

  1. ^ https://refractiveindex.info/?shelf=glass&book=BK7&page=SCHOTT

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