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水是无色、透明的,我们为什么能看见水的存在?

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钟铭聊科学 2021-04-21 13:27

你有木有想过这样一个问题:水明明是透明的,可是为什么我们依然可以看到水的存在?

要了解这个问题,我们首先要从搞清楚东西要具有什么属性才会是透明的?

透明

古希腊时代,就有人开始思考人是如何看到东西的?当时有一些人认为人眼发出光芒照射到东西上,然后就看到了东西。

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但是事实并非如此,到了中世纪前后,阿拉伯的学者才搞清楚其中的原理。具体来说这是这样的,物体要么自身可以发光,要么可以反射光。然后光进入到人眼当中,眼睛里有个晶状体,类似于一个凸透镜,它可以把这些物体发出或反射的光成像到视网膜上面,通过眼睛当中的视锥细胞以及连接眼睛的神经系统传输到信号到大脑当中,就可以让我们意识到自己看到了东西。

但是自然界大多数的东西并不会发光,地球就不会,大多数的东西都反射的太阳光。但也不是说,太阳光照上去后,有部分光是会透过去的,我们把光穿透介质的能力叫做透光率。水的透光率是非常强的,大多数的光都直接透过去,只有很少的部分被吸收和散射,剩余极其少的光会被水反射回来,反射回来的光也只有一部分能够最终进入到人的眼睛当中。

而人的视锥细胞要感知到物体需要足够多的光子,当光子的数量很少时,就很难感知到,看上去就会像是透明的一样。

事实上,如果水是完全静止的,并且人的整个视野都聚焦在水上,那么看起来就是什么都没有,也就是看不到。我们可以来具体看几张图。

在这张图当中,你就看不到水的存在。实际上,只要水是完全静止的,并且视野都在水上,是很难看到水的存在,它就好像是空气一样。

类似的情况还有很多,这里就不一一列举。透明本质上确实就是没有任何颜色,一个东西能显现出颜色的关键在于反射。当外界的光照到这个东西上,其他的光要么被吸收,要么被散射,要么被透过去,剩下的光被反射回来,反射回来的光会进入到人的眼睛里。所以,这个光是什么颜色的,那么 东西就会被识别成什么颜色。我们看到的树叶是绿色,就是因为树叶会反射绿光。

水看不到颜色也在这里,它发射的光太少,大部分透过去,所以啥颜色也看不到。你可能会感觉很蹊跷,明明日常生活中是看得到水的。那这到底是咋回事呢?

看到的真的是“水”吗?

我们先拿玻璃来举例子。因为玻璃的透光率特别强,所以玻璃看上去也是透明的。如果我们从很远的地方看玻璃,我们就好像真的看到了它一样。但为什么日常生活中,有人还会撞到玻璃上?问题出在了哪里?

事实上,如果一个人足够靠近玻璃,且玻璃擦得特别干净,这个人的视野恰好就在玻璃这个范围内,那么他很有可能就会觉得前面什么都没有,然后撞上去。这个里的问题就在于:界面

人从远处看能够看到玻璃,是因为玻璃和其他的物件相连接,我们看到了这个连接面,所以就能知道玻璃的存在。而靠得太近时,没看到这个界面,就很容易得出前面没有东西的结论。

水也是一样,我们之所以能看到水,最主要的原因是我们看到了水和其他东西接触的界面。

这个用白酒来做例子是做显而易见的,比如:下图中我们把这个界面P掉,由于酒瓶子本身也是透明的,这样就很难看到水的存在。

如果我们把这个P掉的位置复原,我们就自然而然地感觉自己看到了水,但本质上这里看到的是酒水和瓶子形成的界面。

在静止的水中能够看到水,是因为看到了水中有气泡,这是气体和水的界面。同理,空气恰恰也是我们看不到的,但只要在水中出现了气泡,我们也就“看到”空气,这也是因为看到的是空气和水的接触面,而不是真的看到了空气。

所以,透明的东西,只要是静止的,并且我们距离足够近,视野范围有限,那么就是不看到它们的存在。但如果它们恰好是在变化的,或者和其他有颜色的物体相互接触,那么我们就可以“看到”它们,看到的本质上是它们和其他东西的接触面。

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