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金子,金子,你为什么是黄色的?因为我就是金黄色的。 呃,这不能算是一个答案,我们试着去正面回答这个问题,我们看到金子是黄色的,有这么几个过程,太阳光发出白色的光,被金的表面反射,反射的光到我们的眼睛,眼睛告诉我们这是金黄色。 所以要回答这个问题,先要去了解太阳。这有一个三棱镜,我们把它拿到太阳光下面,找一个合适的角度,能看到白光被分成了红、橙、黄、绿、青、蓝紫,这就是牛顿的三棱镜色散实验, 它告诉我们白色不是一种颜色,而是红光到紫光各种颜色的混合。然后我们看这七彩的光会怎么样,被金反射, 有没有发现什么不一样?把这两个光谱放到一起对比一下。太阳光经过晶的反射后,满光明显变弱了一些。 当一束光照到一个东西上面,有三种可能,要么被反射,要么透过去,要么被这个东西吸收。晶对于太阳光是完全不透明的,所以没有透射光。晶反射的蓝光变少了,很有可能是因为 蓝光被金吸收了。我们再做一个实验,确认一下,这有两块镜子,左边是金,右边是银,做一个对比, 这有两颗一模一样的红色 led, 我们用金和银的镜子分别反射这两颗 led 的光。红色 led 经过金和银的反射,亮度基本是一样 样的。再看绿色 led, 亮度也是一样的。 再看蓝色 led, 很明显能看见金反射的光,相比银要暗一些,所以我们就能确认金会吸收蓝色的光。 太阳光经过经反射以后,蓝色的光变弱很多,主要剩下绿色和红色。视网膜上可以感知光,有三种视椎细胞,红色、绿色、蓝色、红色和绿色的视椎细胞接收到光信号以后,告诉我们的大脑,这是黄色,这也就是 rgb 混色原理的由来。 所以金子是黄色的,其实它是由太阳光的光谱,金对蓝光的吸收,眼睛对色彩的感知综合起来的一个结果。这个故事到这就结束了吗?并没有。那我为什么会吸收蓝光呢? 镜子不应该是反射百分之百的光吗?这事没那么简单,我们需要学定方程去回答这个问题,不用被这个方程吓到。我们需要知道电子感受到的市场。 v 去计算电子的波函数塞 只有一个金原子的时候,最外层的电子感受到的市场就是原子核对他的吸引力。旁边有第二个金原子的时候,这个电子还会受到第二个电子的排斥和第二个原子核的吸引。 其实这个时候已经很复杂了,但是实际上一块金里面有无数个金原子,无数个电子和原子核之间相互排斥,相互吸引,所以大家就可以想象去精确的解这个方程基本是不可能的。 生活大爆炸里有一个笑话说物美学家只会计算真空球形机,这话其实有一半是对的,但是也不全对,还可以近似吗?我找到这 篇文章 relativistic band calculation and the optical properties of gold。 经过一系列的近似和假设,作者终于散成完了金的能带结构。我们放大看这当蓝光光子打到金上面的时候,能激发一个电子从导弹越切到嫁代, 在这个过程中,蓝光被吸收,转变为电子的能量,根据能带结构,再经过一系列的计算,就可以得到金的光学吸收谱。金会吸收百分之六十的蓝光, 这个和我们的实验大概是符合的。用学第二方程计算金的光学吸收实验和理论符合的很好。但是我好像有一个更大的困惑, 薛迪尔方程为什么偏偏是这样的形式呢?或者说为什么存在着这样的一个世界呢?不管是薛迪尔方程还是麦克斯方程组,还是牛顿三大定律,都是在尝试 回答一个问题,这个世界是什么?但是这好像有一个物理学的边界,他并不能回答一个最根本的问题,这个世界为什么存在? 是真的有一个造物主创造过这一切吗?什么能回答这个终极的问题呢?我不知道哲学,艺术还是宗教。最后总结一下,从金子为什么是金黄色的,到金为什么会吸收蓝光,再到为什么存在着这样的一个世界。 我们通过三个问题其实就可以一直问到物理学的边界,再回过头去看这一块金黄色的金子,一下就会觉得很神奇, 每时每刻都有无数的光子被金吸收,电子在低能级和高能级之间不断的怨切,我们虽然能用公式去解释一部分的原理,却浑然不知背后潜藏的宇宙最深处的秘密。