文／呦呦

曾經透過車窗或是玻璃帷幕，飽覽眼前風光嗎？那麼你知道玻璃為什麼是透明的？

原子排列  是守門員

當光照射物質，因為光的波長，以及物質特性，會發生反射、吸收、穿透等情況。玻璃能夠被大多的光穿透，只有部分反射，所以是光學透明物質。光無法通過的，就稱為不透明物質。

物質，由原子所組成，如玻璃，是由矽原子和氧原子構成。當原子與原子緊密排列，光線無從穿透，光於是被反射、散射，或是被吸收。但是，當原子的排列隨機，光於是穿透縫隙。

所以，如木板、磁磚的原子排列，可想而知是緊密的；而玻璃的原子排列隨機，當可見光穿過時，因沒有反射、散射，看起來如此透明！但為何透光的玻璃是透明的，水晶、鑽石透光卻不那麼透明？

木板、磁磚、石頭、鐵塊等固體物質，裡頭混亂排列著小結晶，兼雜有其他物質，射入的光，因此不斷反射、折射，透不過去，呈現不透明。

但有些有著排列規則結晶的固體物質，當光線射入結晶時，部分特定波長的光會被吸收，不被吸收的，就會穿透出來。鑽石、水晶就屬於這些，會透光，但不比玻璃一樣透明。

透不透明  憑藉電子

原子的中心，有著原子核，由帶正電的質子，以及不帶電的中子所組成。原子核的體積相當小，半徑約是原子半徑的十萬分之一；而帶有負電的電子，則環繞著原子核，可以在幾乎相當於原子體積的極大空間裡，進行運動。

這跟物質透不透明有什麼關係？當光帶來能量，電子會依照本身特性，吸收或釋放能量，以改變軌域。

金屬、木材、水泥牆等的電子，只須吸收微小的能量，就可移動位置。於是，可見光極其容易被吸收，而有了不透明的視覺狀態。但是，當光提供的能量過小，電子不加以吸收來改變位置，可見光就會直接穿出原子。

玻璃就是如此，電子移動所需的能量，遠遠高於可見光所提供的，在電子不吸收的情況下，可見光從原子裡極大的空間穿透出去，所以玻璃看起來是透明的。

可見光雖然不被玻璃吸收，但穿過原子時會降速，加上射入的角度，不同單色光進入的時間有別，會造成速度差，於是產生光的屈折，也就是折射。

玻璃運用  新知推手

望遠鏡、顯微鏡，就是運用折射原理。當光進入弧曲的鏡面時，會以不同的角度折射，掌握住曲度，就能放大影像。近視眼鏡，則是運用凹透鏡發散光線特性，將物體成像於視網膜，讓視野清晰。

人類能夠控制鏡面曲度後，讓謎樣的光變成實驗的主角，也幫彩虹解謎。雖然當時有「當陽光以某角度穿透玻璃，會在牆上形成迷你彩虹」的事實，卻無法解釋原因，直到17世紀，牛頓發現稜鏡，讓白光變出7種色光，也能將7種色光反轉變成白光。

太陽照射的光，是混成的白光，進入玻璃後，才分散成7種色光，而這些色光，原本就存在光裡，進而解讀了彩虹出現的原理。

我們常運用三稜鏡，將白光分出不同色光，原理在於，不同波長的光，在玻璃中會產生不同的速度，而透明與惰性，是玻璃的特點，尤其能抵抗熱脹冷縮的硼矽玻璃誕生後，化學成就大跨進。據說，專業的化學實驗室都備有吹玻璃機呢！下次拿起玻璃器皿時，記得再發現玻璃更多的特性！