你知道镜子为什么能反光吗？不懂点量子力学，还真搞不定

　　作为一个纯爷们，我一般都只是在早上洗漱的时候，才使用卫生间的镜子，但是有很多漂亮的小姐姐们每天都会照很多次的镜子。这里要说的当然不是手机相机那个镜子功能，而是指我们正常使用的平面玻璃镜。
　　不知道大家有没有想过，镜子为什么会反光？可能大多数人的第一反应，就是我们中学物理课程上讲过的，镜面是一个光滑反射面，所以就能反光。但你有没有想过，平板玻璃也光滑，如果没有后面那层反光材料为什么基本上不反光呢？
　　可见，是不是能反光，跟是否光滑，并不产生直接的关系。这已经涉及到组成物质材料的基本单位——原子、分子级别的秘密了。接下来就让我们一起来了解一下，镜子的反光过程。
　　一、镜子的材料与制作工艺
　　要想了解镜子的反光过程，我们需要来看一下制作镜子的材料和工艺。
　　如果说什么是人类最早的镜子，无疑应该是利用水面的反射功能。那些石器时代的人跑到水边去看自己的倒影，这才应该是最早的镜子吧。
　　但人类最早真正意义上的镜子，就非青铜镜莫属了。这种镜子由青铜材料制成，其中的一面打磨得特别平整光滑。虽然，这种青铜镜照出来的人影，并不明亮。而且，它还会生锈，所以必须经常抛光。
　　真正意义上的近代镜子，300多年前才出现。它的制作过程是先在光滑的平板玻璃的一面贴上锡箔，然后再倒上水银。水银溶解锡箔之后变成浓稠的银白色液体，就可以紧紧地贴在玻璃板上。这种镜子与青铜镜比，无疑是前进了一大步。
　　由于水银有毒，另外这种镜子亮度也一般，制作也比较耗时，所以后来出现了一种镀银的镜子。其制作工艺，就是咱们高中化学中学过的＂银镜反应＂——用硝酸银的氨水溶液里加进葡萄糖水，利用葡萄糖将阴离子置换出来，沉积到玻璃表面。
　　这之后，再刷上一层保护用的油漆，一面镜子就做好啦。只不过，100年前，金属银都是被当做货币来使用的，所以银镜还是成本太高。如今市场上销售的镜子，其实都是镀铝的。铝同样是银白色的高反光的金属，但价格却便宜很多。二、金属的性质
　　从前面介绍的镜子制作材料和加工工艺上看，自从人类开始做镜子以来，用的反光材料其实都是金属。包括后来的玻璃镜子，其实玻璃并不是必须品，把金属抛光了，同样能得到高反光的镜子。
　　牛顿当年制作反射式望远镜的时候，由于加工一个自己需要的曲面的玻璃，对于他来说实在是太难了，所以他选择了直接抛光的办法来制作反射镜。
　　中学的物理课上告诉我们，金属元素的最外层电子数比较少，容易失去，在金属材料的内部，金属的最外层电子会在原子之间自由移动，而金属原子携带着其它的内层电子被固定在晶格节点上振动。
　　从外部看过去，整个金属晶体内的原子就像是浸泡在电子的海洋当中，而这个整块的金属就像是一个等离子体。这也正是金属能够导电的原因，同时也是金属能反光的原因。
　　三、光的性质与金属等离子体振动的特点
　　金属能导电的原因也是金属能反光的原因应该如何理解呢？我们就需要来了解一下光的基本特质了。
　　3.1、光的性质
　　1925年，法国物理学家德布罗意提出波粒二象性的概念，即所有的物质都既是粒子又是波。光也是如此，具备波粒二象性的特点。只不过这时候的光波，不是我们理解的机械波，而是一种概率波，即大量光子统计意义上的行为所表现出来的波动性质。从电磁学的角度来说，光是一组高速交替变化的电磁场。
　　3.2、金属等离子体的振动特点
　　初中物理课上，我们都做过音叉实验，同一个音叉的发出来的声音频率都一样，与我们敲击音叉的力量大小无关。金属等离子体也是如此。当金属受到光（电磁波）的照射（扰动）而振荡时也会有一个固有频率，这被称为＂等离子体频率＂，这个频率只与等离子体中的自由电子密度有关，而与电磁波的强度无关。四、金属反光的量子力学解释
　　日常生活中，如果我们推动一个单摆，或者是一个固定在弹簧上的小球，不论多大的力都可以使之开始振动起来，差别只是振动幅度的大小不同。
　　当光照射到金属的表面，由于光具有波粒二象性，所以光的能量表达为hv，即由其频率决定。这样一个光子进入到金属等离子体中，就会消耗能量激发一个等离子体频率的等离子震荡，剩余的能量才会继续传播。
　　如果这个光子的能量小于激发等离子体的固有震荡能量，那么这个光子就会被原封不动的弹开，而与光子的数量无关，这与宏观的振荡能够积累不同。只有光子的能量很高，或者说是频率很高的时候，其能量才会被吸收。
　　对于我们常见的金属来说，其内部的等离子体震荡频率都非常高，一般都需要达到紫外线波段的光，才会被金属吸收，同时释放出电子，这就是光电效应。由于可见光的频率比紫外光的频率低，所以，可见光会被金属反射。
　　平面镜就是利用这个原理，利用光滑平坦的金属表面能够反射光的特性制造而成的。
　　五、金属的颜色
　　对于不同金属来说，其释放最外层电子的能力不同，或者说是这个金属等离子体的固有振荡频率不同。在微观世界里，金属等离子体可以有多个不连续的振荡频率。这就导致了，金属只能反射某些波段的光，而吸收另外一部分波段的光。
　　比如金，由于其原子序数很高，换句话说原子核内的质子数多，所以其外部电子会被强大电荷吸引力拉扯得更加靠近原子核，这也使得电子的运动速度非常快，相对论效应明显。这使得它可以吸收蓝紫色光，从而显示出明亮的黄色。
　　再比如铜，由于其外层电子可以在两个电子亚层之间跃迁，可以吸收蓝色到黄绿色的光，所以铜表现出红色，亮度相比其它金属略暗。
　　六、其它的反光材料与反射行为
　　知道了反光的原理，我们就可以明白，其它一些材料只要能形成类似金属那样的等离子体状态也是可以反光的。比如石墨、比如硅。现在同样可以知道，水能反射一定量的光与水能导电的原因是一样的，也是因为其分子的电极性特点导致的。
　　光除了能被金属反射，光在从光密介质进入到光疏介质的时候，也会有部分光会发生反射，当达到一定的入射角度的时候甚至会发生全反射现象。人类留在月球上的激光反射镜、天文望远镜中的正像镜利用的都是这个现象。
　　结束语
　　我们今天从镜子出发，主要对金属材料能够反光的原理进行了简单的介绍，通过对其反光本质上的量子力学解释，可以加深我们对光就是一种电磁波，同时具有波粒二象性特点的理解，也对微观世界的粒子行为有了一定的理解。
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