Was ist der Unterschied zwischen weißen Objekten und transparenten Objekten in Bezug auf Photonen?

Ein weißes Objekt absorbiert tatsächlich Photonen, da Sie kein Licht durchlassen können. Es ist weiß, weil die absorbierten Photonen erneut emittiert werden und die Effizienz des Absorptions-/Reemissionsprozesses für alle sichtbaren Wellenlängen mehr oder weniger gleich ist: Rotes Licht wird mit der gleichen Rate wie blaues Licht erneut emittiert. Natürlich sieht das Objekt weiß aus, solange Sie es mit weißem Licht beleuchten.

Ein makroskopisches Stück Glas ist transparent, weil, wie Sie sagen, die Bandlücke höher ist als die Energie des sichtbaren Lichts. Eine Glasscheibe lässt jedoch nur etwa 95 % des Lichts durch, da 5 % an der Luft/Glas-Grenzfläche reflektiert werden. Diese Reflexion ist auf die Brechungsindexänderung an der Grenzfläche zurückzuführen, nicht auf eine Lichtabsorption.

Wenn wir nun unser Stück Glas zu einem feinen Pulver zermahlen, wird es von transparent zu weiß. Das Glas absorbiert immer noch kein Licht, aber auf seinem Weg durch das Pulver trifft ein Lichtstrahl auf viele Luft/Glas-Grenzflächen und an jeder Grenzfläche werden 5 % des Lichts reflektiert.

Nach dem Auftreffen auf nur 13-14 Körner werden 50 % des Lichts gestreut worden sein. 100 Körner streuen 99,5 % des ursprünglichen Lichts. Diese Zahlen erhalten Sie von:

Wo$n$ist die Anzahl, wie oft das Licht von einer Luft/Glas-Grenzfläche reflektiert wird.

Wenn also das Pulver fein ist, wird das darauf fallende Licht mehrfach reflektiert und in zufällige Richtungen gestreut. Deshalb sieht das Pulver weiß aus. Die Richtung des reflektierten Lichts ist randomisiert. Tatsächlich ändert sich der Brechungsindex und damit das Reflexionsvermögen mit der Wellenlänge, aber die Änderung ist zu gering, um einen merklichen Effekt auf die Farbe des gestreuten Lichts zu haben.

Ein Material kann sowohl transparent als auch weiß sein.

Nehmen Sie zum Beispiel eine Wolke. Wolken können ziemlich weiß sein, aber sie bestehen ausschließlich aus durchsichtigen Wassertröpfchen.

Etwas sieht weiß aus, wenn „gleiche“ Mengen an rotem, grünem und blauem Licht von ihm kommen. Dies kann auf drei Arten geschehen:

Emission Weißes Licht sieht weiß aus, weil ungefähr gleiche Mengen der drei Grundfarben von ihm emittiert werden.

Absorption / Reemission Ein Material kann Licht absorbieren, es aber bei gleicher Wellenlänge wieder emittieren. Wenn dies für alle Primärfarben mit ähnlicher Effizienz geschieht, dann wird das Material, wenn es mit weißem Licht beleuchtet wird, wieder weißes Licht in alle Richtungen emittieren.

Streuung Ein einzelnes Prisma kann die drei Grundfarben in verschiedene Richtungen brechen, also quasi aufspalten. Eine Wolke besteht aus Billionen winziger transparenter Prismen. Jeder nimmt einfallendes Licht auf und sendet es in einem etwas anderen Winkel zurück. Wenn Licht in eine Wolke eintritt, interagiert es mit Tausenden von Prismen, von denen jedes das Licht in eine etwas andere Richtung aussendet und es vermischt. Schließlich findet ein Teil des Lichts seinen Weg zurück aus der Wolke und in Ihr Auge. Obwohl jedes Prisma die drei Farben unterschiedlich bricht, absorbiert es sie überhaupt nicht viel, und jede Farbe erfährt „viel“ Streuung, dh die gleiche Menge an Streuung, und so erscheint die Wolke weiß.

Es gibt drei verschiedene Dinge, die Objekte mit einfallenden Photonen machen. Absorbieren, reflektieren und übertragen. Absorption ist, wenn Atome des Objekts die Photonen absorbieren, um in einen angeregten Zustand oder ein höheres Energieniveau einzutreten (sie werden heißer). Reflexion ist, wenn diese Photonen von denselben Atomen abgegeben oder reflektiert werden. Bei einem weißen Objekt werden alle Wellenlängen (Farben) des Lichts reflektiert. Dieser Vorgang unterscheidet sich grundlegend von der Übertragung, bei der die Atome die Photonen einfach nicht absorbieren, da ihre Energie zu gering ist. Während also transparente Materialien Licht durchlassen, reflektieren weiße Materialien es.