Warum können Röntgenstrahlen einen menschlichen Körper ungehindert passieren, optische Wellen jedoch nicht, da sie gestreut und absorbiert werden?

Nun, der Ausgangspunkt ist, dass die Licht-Materie-Wechselwirkung ein riesiges Feld der Physik ist. Selbst wenn wir uns nur auf eine bestimmte Art von Strahlung konzentrieren, sind die Auswirkungen, die sie hervorrufen kann, sehr groß, abhängig von den Elementen, mit denen sie interagiert, und davon, wie sie miteinander kombiniert werden (z. B. ob sie freie Atome sind oder aneinander gebundene Moleküle bilden oder Feststoffe). Nun können wir sagen, dass die Intensität eines Strahls monochromatischer Wellen, der auf ein Objekt der Breite L trifft, exponentiell abfällt, wenn er dieses Objekt kreuzt,

$$I(x)=I_oe^{-\eta x}$$ wobei x die Strecke ist, die der Strahl zurückgelegt hat, und $\eta$wird als Absorptionskoeffizient bezeichnet, der den Wechselwirkungsmechanismus selbst einschließt, also für Röntgenstrahlen und sichtbares Licht unterschiedlich ist. Nun können wir ungefähr sagen, dass, wenn ein Strahl sichtbaren Lichts mit dem Gewebe des menschlichen Körpers interagiert, $\eta$hat eine Größe, die groß genug ist, dass Licht innerhalb weniger Nanometer (Milliardstel Meter) vollständig absorbiert und teilweise wieder emittiert wird. Wenn wir jedoch über Röntgenstrahlen sprechen, sind sie aufgrund des Energie-Frequenz-Verhältnisses tausendmal energiereicher als sichtbares Licht $$E=h\nu =h\frac{c}{\lambda}$$ Je kürzer also die Wellenlänge, desto höher die Energie des Photons. Denken Sie daran, dass alle Arten von elektromagnetischen Wellen eine quantomechanische Beschreibung haben, die auf den Photonen basiert, die die Energiequanten sind, die vom elektromagnetischen Feld getragen werden, aber trotzdem. Zurück zu Röntgenstrahlen: Ihre Energie ist hoch genug, um durch das Körpergewebe zu wandern, ohne absorbiert zu werden; Denn die Energie der Röntgenstrahlen liegt in der Größenordnung der Atomlagen der schwersten Elemente, die in einem gesunden Körper kaum vorhanden sind. Die Mehrheit des menschlichen Gewebes besteht aus leichten Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff usw., die ein X-Photon wahrscheinlich nicht absorbieren. So können sie den Körper frei durchqueren, außer Gewebe wie Knochen, die aus Elementen bestehen, die ein X-Photon "leicht" absorbieren können.