问题

透明物体和白色物体,一个透过所有光,一个反射所有光,为什么一个看起来是透明的,一个看起来是白色的?

回答
这个问题很有意思,它触及了光与物质相互作用的基本原理,以及我们大脑如何解读这些信息。我们之所以觉得透明物体“透光”而白色物体“反光”,说到底,是它们与光的互动方式不同,而我们的眼睛和大脑则根据这些互动来构建我们看到的“颜色”和“质感”。

咱们先来说说透明物体。你想想看,一片干净的玻璃,你能透过它看到后面的风景,对吧?这是因为玻璃对可见光几乎不进行反射,也不进行吸收。可见光是什么?就是我们肉眼能看到的那一束光,包含了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫等各种颜色。当这束光照到玻璃上时,大部分光线会直接穿过玻璃,就像光线穿过空气一样顺畅。

当然,任何物体都不会是绝对的“透过所有光”,玻璃边缘或者表面还是会有微弱的反射,所以有时你会看到玻璃上有一些反光。但相比于其他物体,玻璃对可见光的“透过率”非常高。这种高透过率,意味着光线几乎没有改变方向(或者说改变方向的幅度很小,在宏观上看就是直线穿过),也没有被“染上”什么颜色(吸收了某些特定波长的光)。所以,当我们看向透明物体的时候,我们看到的是它后面的物体,而不是透明物体本身发出的光或者吸收了光后剩下的颜色。如果非要说透明物体“看起来”是什么颜色,那它就好像继承了它后面物体或者它所在环境的颜色一样,是一种“无色”或者“透着颜色”的状态。

再来看看白色物体。白色物体和透明物体正好是相对的。当光线照到白色的墙壁或者白纸上时,你会发现它不会让你看到后面的东西。这是因为白色物体对可见光进行了强烈的反射。这里的关键点是,“所有”可见光都被反射了。我们知道,可见光是由多种颜色的光混合而成的。当一束包含红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的光线照射到白色物体表面时,这个物体会将这些光线中的大部分都反射回来,而且反射的程度相对均匀,不会特别倾向于反射某一种颜色的光而吸收另一种颜色的光。

所以,当这些被反射回来的、混合了各种颜色的光进入我们的眼睛时,我们的大脑将其解读为“白色”。白色并非是物体本身发出的颜色,而是它对所有可见光进行全面反射的结果。就像一个非常优秀的“反射镜”,但它不是像镜子那样有规律地反射,而是将光线向四面八方散开(我们称之为“漫反射”),所以我们无法清晰地看到反射的影像,只能看到一片明亮。

这里有个很直观的比喻:

透明物体就像一个非常清澈的水池:你可以看到池底的沙石和游动的小鱼,水本身几乎不改变你看下去的视野。
白色物体就像一个巨大的、光洁度极高的雪堆:当你用手电筒照它时,你只能看到它被照亮,光线四处散射,你无法透过它看到后面的东西,而它本身看起来就是明亮的白色。

所以,总结一下:

透明物体 的“透明”是因为它允许大部分可见光几乎不受阻碍地穿透而过,既不吸收也不显著散射。我们看到的是它“穿透”过去的光。
白色物体 的“白色”是因为它将大部分照射到其表面的可见光(各种颜色的光混合体)反射回来,并且反射的比例相对均匀,没有偏向吸收某些颜色。我们看到的是它“反射”回来的光。

它们之所以看起来一个透明一个白色,完全取决于光线如何与它们的分子结构发生作用:是选择“放行”,还是选择“原地打转”。而我们的眼睛和大脑,则是在接收到这些“放行”的光或“打转”的光之后,进行一系列的解读,最终形成了我们对“透明”和“白色”的感知。

网友意见

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大概明白题主的意思了。从两个方面帮题主纠正一下。

1. 透明物体看起来是透明的,不是因为它透过所有光,而是因为透过该物体的光的强度分布没有发生较大的改变。怎么理解?

例子1.1:在一个暗室里,你透过一块有吸收率(吸收光谱为常数)的玻璃看物体(发白光)。这种情况下,只有一部分光透过了玻璃(光强变暗了),但光强的分布没有变。你还是会认为玻璃是透明的,只不过比之前变暗了。

例子1.2:把这个玻璃换成一块后表面磨砂的无吸收玻璃,并假设后表面的磨砂只透射不反射。这时,虽然所有的光都透过玻璃了,但你看到的却是一片白色(因为磨砂把之前的强度分布完全打乱了,宏观上看就是均匀的白色)。

2. 同理:白色物体看起来是白色,不是因为它反射了所有光,而是因为从该物体表面反射的光被完全打乱了,宏观上看起来强度是均匀的,呈现为白色。怎么理解?

例子2.1:在一个暗室里,你通过一块无吸收的镜子看物体(发白光)。这种情况下,虽然所有的光都被反射了,但光强的分布没有变。这时,你看到的就是镜子里的物体,并不是白色的镜子表面。

例子2.2:把无吸收的镜子换成有吸收的镜子并在镜子表面加上磨砂层。这种情况下,虽然只有一部分光被反射了,也就是光强变弱了,但光强的分布被完全打乱,宏观上看强度均匀分布。所以,这时你看到的镜子表面就是白色的,只不过白色变暗了(灰色?)。

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