

愛因你設(shè)計了一個直觀實驗:利用一束穩(wěn)定的白光(包含所有可見光波長)分別照射幾種典型寶石薄片,并分析其透射或反射光譜(即光的“指紋”)。
*紅寶石:光譜中綠光和黃光區(qū)域出現(xiàn)明顯吸收帶。這是因為紅寶石中的鉻離子(Cr3?)具有特定的電子能級差。當入射光子的能量恰好匹配這個能級差時,光子被強烈吸收(共振吸收),促使電子躍遷,最終未被吸收的紅色光反射出來,賦予寶石熾熱的紅色。
*藍寶石(Al?O?:Fe2?/Ti??):實驗顯示光譜中紅光區(qū)域被顯著吸收。藍寶石中的鐵-鈦離子對形成了特定的電子躍遷路徑,其共振吸收點位于紅光波段,導(dǎo)致藍光成為主要的反射光。
*鉆石:純凈鉆石展現(xiàn)出幾乎連續(xù)平坦的透射光譜,在可見光范圍內(nèi)吸收極微弱。其碳原子通過強共價鍵形成高度對稱的晶體結(jié)構(gòu),電子躍遷需要極高能量(對應(yīng)紫外光),因此可見光光子難以激發(fā)有效共振,鉆石呈現(xiàn)無色和高透明度。
*祖母綠:與紅寶石類似,鉻/釩離子是調(diào)色關(guān)鍵。其光譜在紅光和紫光區(qū)域有強烈吸收帶,但透射/反射峰集中在純凈的綠光波段,形成標志性的翠綠色。
共振的本質(zhì):能量匹配的“舞蹈”
光子共振的核心在于能量匹配。寶石材質(zhì)(尤其是其中的雜質(zhì)離子或特定晶體結(jié)構(gòu)缺陷)決定了其內(nèi)部電子的固有能級差。當入射光子的能量(E=hν,h為普朗克常數(shù),ν為光頻率)精確等于這個能級差時,發(fā)生共振吸收——光子能量被高效轉(zhuǎn)移給電子,使其躍遷到激發(fā)態(tài)。寶石呈現(xiàn)的顏色,正是那些未被“共振掉”的光子的組合。
因此,寶石材質(zhì)通過其獨特的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)和所含雜質(zhì),設(shè)定了電子世界的“能量密碼”,最終決定了哪些光子能與之共振共舞,從而塑造了我們眼中絢爛多彩的寶石世界。這種光子共振原理,也是現(xiàn)代激光技術(shù)、光譜分析等領(lǐng)域的基石。
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