（物理，劍橋）

如果你熟讀《圣經(jīng)》，那么在回答這個(gè)問題的時(shí)候可能會(huì)略帶“黑暗”像，并以保羅給哥林多教會(huì)的書信中那段著名的文字做結(jié)，表示我們對神的認(rèn)識(shí)是模糊不清的。實(shí)際上，即使從科學(xué)的角度來回答這個(gè)問題，答案也比神學(xué)解釋好不到哪里去，也是同樣含混難懂。

人能夠透過玻璃看到另外一側(cè)，這個(gè)日常現(xiàn)象看似簡單，實(shí)際卻并非如此。從某種意義來說，解釋起來確實(shí)可以很簡單：因?yàn)椴Ａ峭该鞯模怨饩€可以直接穿透它；而其他固體物質(zhì)是不透明的，所以會(huì)擋住光線使其無法通過。但如果你深入思考這個(gè)問題，就會(huì)發(fā)現(xiàn)事情并沒有這么簡單。人透過玻璃看東西，看到的實(shí)際上是光的圖案未經(jīng)任何改變地從玻璃的另一側(cè)傳送到這一側(cè)，就好像隔在中間的玻璃不存在一樣。但玻璃明明是固體物質(zhì)，那么為什么光線能夠穿透玻璃卻無法穿透其他固體物質(zhì)呢？

回答這個(gè)問題需要用到高等量子物理學(xué)理論，更準(zhǔn)確地說是量子物理學(xué)的一個(gè)分支——量子電動(dòng)力學(xué)（QED）。創(chuàng)建于半個(gè)世紀(jì)以前的量子電動(dòng)力學(xué)描述光和物質(zhì)之間的互動(dòng)，美國物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼（Richard Feynman）是該學(xué)科創(chuàng)始人之一。

量子電動(dòng)力學(xué)將光視為極其微小的無質(zhì)量粒子流，這種微小粒子叫光子，第一個(gè)發(fā)現(xiàn)光子的人是愛因斯坦。當(dāng)光照向玻璃窗或其他固體表面的時(shí)候，有無數(shù)細(xì)小光子進(jìn)入原子場，就像一大群狼狽逃竄的叛軍奔向森林一樣。

每個(gè)原子的中心都有一個(gè)核。原子核非常小，用新西蘭著名物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·盧瑟福（Ernest Rutherford）的話來說，在原子里的原子核就像是皇家阿爾伯特音樂廳里的蠓蟲那么小。因此，疾速飛馳的光子遇到原子核的幾率可謂微乎其微！

但是，圍繞在原子核周圍有一片旋轉(zhuǎn)的霧是由無數(shù)帶電粒子組成的，這些帶電粒子叫電子。如果你將電子和光子想象成臺(tái)球桌上的小球，那么這些極其微小的粒子彼此相遇的可能性甚至比它們遇上原子核的幾率還要小，其概率大約相當(dāng)于倫敦僅存的兩只蠓蟲偶然相遇。一旦電子和光子相遇，那么磚墻也能變得像玻璃一樣透明。實(shí)際上，光子和電子一樣都有電磁能，只要稍微靠近原子就會(huì)出現(xiàn)電場互動(dòng)。

當(dāng)光照在物體上，光子很少能夠直接穿透物體，而是會(huì)被電子拉過去。用剛才那個(gè)士兵和森林的類比來解釋，就像逃兵被樹下低矮的灌木叢和植物絆住腳一樣，電子也會(huì)吸取光子的能量。如果光照在不透明的物體上，大部分能量就會(huì)轉(zhuǎn)化成熱量，所以磚墻會(huì)在陽光照射下變熱。但是如果光照在玻璃窗上，很多電子只是暫時(shí)被賦予能量或“被激活”，額外的能量散失之后會(huì)形成新的光子，且得到的能量和失去的能量一般情況下大小相等。

因此，當(dāng)光線穿透玻璃窗的時(shí)候，光子并非直接穿過玻璃，而是先被玻璃中的原子吸收，然后經(jīng)過幾次重新發(fā)射，最終出現(xiàn)在玻璃的另一側(cè)。此外，它們只是有很大的可能會(huì)出現(xiàn)，但并非一定會(huì)出現(xiàn)。

但是，為什么電子會(huì)在大部分固體物質(zhì)中吸收光子，卻在玻璃中傳輸光子呢？這可以用能量等級(jí)來解釋。電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)的時(shí)候?qū)儆谀硞€(gè)特定的能量等級(jí)，一旦吸收了光子以后即可升到較高等級(jí)。在不透明的固體物質(zhì)中，光子或許有足夠的能量可以將電子推升至更高等級(jí)；但玻璃屬于非晶體固體這一特殊的固體類別，其能量級(jí)別差似乎比普通固體物質(zhì)大，所以進(jìn)入更高一個(gè)級(jí)別所需的能量也就相應(yīng)更高一些，有可能已經(jīng)超出了可見光中電子所攜帶的能量范圍，因此很多都無法被吸收。所以可見光的傳遞速度會(huì)被玻璃延遲，只有一小部分會(huì)被反射、吸收或發(fā)散出去。相比之下，紫外線的光子含有足夠的能量，所以紫外線可以被玻璃吸收。

總的來說，光子的重新發(fā)射速度極快，雖然光穿透玻璃的速度僅為真空環(huán)境中光速的一半，但肉眼觀察結(jié)果仍屬即時(shí)傳輸。科幻小說作家曾經(jīng)別出心裁地想出過一種“慢速玻璃”。由于光穿過這種玻璃的速度非常緩慢，你可以將其打包帶到世界各地，鑲在新家的窗戶上，這樣即使幾個(gè)月以后還能看到和原來一模一樣的景色。2013年，法國和中國的科研人員把染料分子嵌入液晶矩陣，從而將光的群速降至其最高速度的十億分之一以下。（將鈉原子的溫度降到絕對零度的百萬分之一以內(nèi)，在玻色-愛因斯坦凝聚狀態(tài)下，光即可達(dá)到完全靜止。）有趣的是，英國南安普頓大學(xué)的科學(xué)家們于2013年用激光重新安排玻璃晶體的原子，制造出驚人的“晶體記憶”，可在一片比CD大不了多少的玻璃上儲(chǔ)存360TB數(shù)據(jù)，而且儲(chǔ)存穩(wěn)定性極佳，數(shù)據(jù)可以保存幾個(gè)世紀(jì)之久。

不過，玻璃最突出的特點(diǎn)并非透明性，而是部分反射這一特性。但是用量子學(xué)理論對其進(jìn)行解釋已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我的知識(shí)范圍，所以我也不打算去嘗試。

我選擇用公認(rèn)含糊不清的量子理論來解釋玻璃的透明性，以期回答“如何透過玻璃看到東西”這一問題。當(dāng)然，答案肯定不止一個(gè)，你還可以探索其他途徑，將重點(diǎn)放在“人如何看到東西”這部分內(nèi)容上，用科學(xué)理論解釋人類視覺的工作原理，這不僅涉及人眼對外界圖像的物理接收過程，還需要解釋這些圖像在人腦的整個(gè)形成過程。嗯，這看上去可真是夠簡單的呢……