首先,我们的眼睛通过光来检测物体。事实上,我们根本看不到透明物体,但我们之所以能看到它们,是因为有背景参照物。下面就来分析一下这个问题吧!
光与物体材质的作用
生活中的透明物体是可见的,因为光线穿过这些物体时会发生弯曲。当光线照射到一个物体上时,会发生四种基本情况:
镜面反射:想想镜子或金属勺子。光线像台球一样从表面反射回来,让原始图像在物体上成像。
漫射:想想原木、花朵或哑光表面。光线从物体表面向各个方向反射,显示出物体的形状和颜色。
吸收:想象一块黑色的煤或灰。光进入物体,被吸收并转化为热量。
透射/折射:想想一杯水,玻璃。光直接穿过物体,但它的运动方向在进入和离开物体时是弯曲的。
每一个动作都会让我们看到物体
事实上,所有材料都以这四种方式与光相互作用。例如,考虑一辆红色跑车的引擎盖。一些光被镜面反射(导致我们看到引擎盖上的眩光点和汽车反射的树木图像)。一些光被漫反射(导致我们看到的红色)。一些光被吸收(导致橙色、黄色、绿色、蓝色和紫色的光因为被吸收而对我们不可见。如果这些颜色没有被吸收,汽车将看起来是白色而不是红色)。此外,有很小一部分光会透射/折射。
对于很多材料来说,与光相互作用的主导方式可能只有一种,其他方式都非常少,基本可以忽略不计。例如,水确实吸收了一些红光(这就是为什么海洋是蓝色的),水也确实反射了一些光(这就是为什么太阳照在水面上很亮),但是在大多数情况下,我们水可以认为是透明的物质,因为透射/折射占主导地位。
现在,有趣的是上面列出的四种交互中的每一种都会改变光线。我们的大脑能够检测到光线的变化,并使用这些信息来推断物体的存在和形状。严格来说,我们从来没有看到任何“物体”。我们只是看到物体改变了“光”。这就是为什么制造像人类一样看东西的机器如此困难的原因:根据物体变化的光模式推断物体的形状和位置需要很多智慧。
当谈到透明物体时,我们看到它们是因为我们看到光线在穿过物体时弯曲(折射)的方式。仔细观察一个玻璃杯。当你看着杯子时,你看到了什么?你只能看到杯子后面的图像,但它是扭曲的。折射使光线在穿过杯子时发生弯曲,最终改变背景图像。你的大脑足够聪明,可以从背景图像的变形中推断出杯子的形状。
这引出了一个有趣的概念。如果透明材料的折射能量基本被消除,那么这个物体几乎是看不见的。消除折射影响的方法是将透明材料制成具有平行表面的平面。当光线进入平面时,它会弯曲,但当它离开平板时,它会向后弯曲相同的量。
因此,从另一侧出来的图像没有失真,透明平面几乎看不见。你没撞过玻璃门吗?即使您没有此类视频,也应该观看。这其实就是windows背后的原理。窗户是用透明玻璃制成的,形状非常扁平,所以我们实际上看不到窗户。可以看到窗外的风景,就好像窗户不存在一样(窗户并不是完全看不见的,因为它确实会反射少量的光,在合适的条件下我们的大脑也能察觉到)。
说了这么多,相信你心里已经有了答案。为什么能看到水却看不到空气?
我们之所以能看到水,是因为我们看到空气中的水对光的弯曲,而之所以看不到空气,是因为我们看不到空气对光在空气中的影响。
如果空气的密度发生了变化,比如夏天柏油路很热,你看到光被空气弯曲了吗,说明我们看到了空气。
同理,如果我们在深海深处,我们也看不到水,因为没有背景参考,但是我们可以看到气泡。道理是一样的。
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