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Solución:
Los fotones atraviesan el vidrio porque no se absorben. Y no se absorben porque no hay nada que “absorba” la luz en frecuencias visuales en el vidrio. Es posible que haya escuchado que los fotones ultravioleta son absorbidos por el vidrio, por lo que el vidrio no es transparente para ellos. Exactamente lo mismo ocurre con los rayos X para los que nuestro cuerpo es casi transparente mientras una placa de metal lo absorbe. Esta es una evidencia experimental.
Cualquier fotón tiene cierta frecuencia, que para la luz visible está relacionada con el color de la luz, mientras que para las frecuencias más bajas o más altas del espectro electromagnético es simplemente una medida de la energía transportada por el fotón. El espectro de absorción de un material (qué frecuencias se absorben y en qué medida) depende de la estructura del material a escala atómica. La absorción puede provenir de átomos que absorben fotones (recuerde: los electrones pasan a estados energéticos superiores al absorber fotones), de moléculas o de redes. Hay diferencias importantes en estas posibilidades de absorción:
- Los átomos absorben frecuencias discretas bien definidas. Por lo general, los átomos individuales absorben solo unas pocas frecuencias; depende del espectro energético de sus electrones. Con respecto a la absorción atómica, el gráfico de absorción (trazado como una función de la frecuencia de la luz) contiene picos bien definidos para las frecuencias cuando ocurre la absorción, y ninguna absorción entre ellos.
- Las moléculas absorben frecuencias discretas pero hay muchas más líneas de absorción porque incluso una molécula simple tiene muchos más niveles de energía que cualquier átomo. Así que las moléculas absorben mucha más luz.
- Las redes cristalinas pueden absorber no solo frecuencias discretas sino también bandas continuas de frecuencias, principalmente debido a discrepancias en la estructura cristalina.
Como el vidrio es un fluido no cristalino, sobreenfriado, formado por moléculas, su absorción se produce de la 1ª y 2ª forma, pero debido a la materia que lo compone, absorbe fuera de nuestro espectro visible.
Esencialmente debido a la absorción. Cuando el fotón vuela hacia el material, interactúa con sus constituyentes. Esta interacción se puede dividir en dos contribuciones. Uno de ellos es elástico y es la fuente del índice de refracción (porque efectivamente solo ralentiza el fotón) mientras que el otro es inelástico. El fotón es absorbido por un átomo (digamos) y luego se emite como radiación térmica en una dirección aleatoria, perdiendo así la información original que transportaba.
Cuando observa esto macroscópicamente, este proceso se describirá mediante algún parámetro, como la profundidad de penetración y la intensidad, mientras que la profundidad decaerá exponencialmente. Entonces, si hiciera que los objetos opacos fueran lo suficientemente delgados, seguirían siendo transparentes (aunque la luz saliente sería más débil según el grosor). Por supuesto, esta discusión evita por completo los efectos de superficie (reflexión, refracción, dispersión, etc.).
Tenga en cuenta que todo esto depende de la frecuencia de la luz incidente. Los átomos (hablemos de ellos por simplicidad; en realidad también habrá una contribución de moléculas, redes, electrones libres y demás) tienen algo llamado espectro de absorción. Esto surge porque para ciertas frecuencias, el electrón puede atrapar al fotón y excitarse al estado de mayor energía. Entonces, mientras que un material puede ser transparente en cierto rango de frecuencias (como lo es el vidrio para la luz visible), puede ser bastante opaco en otros.
Esto puede ser un poco técnico, pero siempre pensé que era genial: uno de mis profesores señaló una vez que la transparencia solo ocurre porque el material es (aproximadamente) una dialéctica lineal sobre el rango de frecuencia que le interesa. Resulta que el agua es un dieléctrico lineal precisamente en el rango de frecuencias que nuestros ojos pueden detectar. ¿coincidencia?
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