当我们深入探究物质最微小的构成单元——原子时，会发现一个令人惊奇的现象：原子内部的空间，竟有99%是虚空。这一事实或许令人难以置信，毕竟我们日常生活中所接触到的物质，都显得如此坚实。然而，真相是，原子的绝大部分空间，并非由实体粒子占据，而是由无形的能量场填充。
这一颠覆性的发现，源自20世纪初的物理学革命，它彻底改变了我们对物质构成的传统认知。但随之而来的，是一个饶有趣味的问题：既然原子内部大部分是空旷的，那么为何由这些原子组成的物体，多数都不透明呢？理论上，光应该能够轻易穿透这些充满虚空的原子，可为何我们见到的大多数物质却是不透明的？这一疑问，激发了科学家们深入探索微观世界的热情，从而揭示了物质透明度背后的复杂物理机制。
据天脉网了解，要解答这一疑问，我们需回溯至20世纪初，当时科学家卢瑟福通过一系列精巧的实验，揭示了原子核与电子的存在。卢瑟福的α粒子散射实验表明，大多数α粒子能够直接穿透金箔，这证实了原子内部确实存在巨大的空隙。但同时，也有少数α粒子会发生较大角度的散射，甚至达到180°的大角散射，这说明原子内部有一个体积极小但质量极大的核心——原子核。基于这些实验结果，卢瑟福提出了著名的原子行星模型，认为电子像行星一样围绕着原子核运动。然而，这个模型并未能解释原子为何看起来如此坚实。按照经典物理学的理论，如果两个原子相遇，它们的原子核外电子应该很容易相互穿过，而不是发生碰撞。这与我们的日常经验明显不符，经典物理学似乎无法解释原子级别上的空虚与宏观物质的实在性之间的矛盾。
进一步的理论发展表明，即使电子在原子核外的空间中按照固定轨道运动，这种轨道间的碰撞概率依然非常低，无法解释常见物质的不透明性。这说明，仅凭经典物理学的理论框架，我们无法理解物质的透明度与其微观结构之间的关系。随着对原子结构认识的深入，量子力学应运而生，它为我们提供了一种全新的视角来理解原子及其组成物质的性质。
玻尔在卢瑟福的基础上，提出了电子能级的概念，认为电子并非随意在原子核外空间运动，而是在一系列离散的、能量固定的轨道上运动。这些轨道之间的跃迁，会导致电子吸收或释放特定频率的光，从而影响物质的透明度。海森堡的不确定性原理进一步补充了这一理论。它指出，我们无法精确知道电子在任一时刻的确切位置，只能给出一个概率分布，即电子云。这种原理说明，虽然原子内部大部分是空的，但电子的存在并不是连续分布在整个空间，而是以一种概率波的形式出现。这样一来，电子在原子核外的碰撞概率大大增加，有助于解释物质的不透明性。
泡利的不相容原理对电子的行为做出了更加严格的限制，它规定在一个原子内，不能有两个或多个电子拥有完全相同的量子态。这意味着，每个电子占据一个特定的能级，并且同一能级只能容纳一个电子。这样，即使原子内部空间巨大，电子之间的排斥力也会使它们保持一定的距离，从而赋予物质坚实的特性。量子力学的这些概念，虽然难以用经典物理的直觉来理解，但它们却有效地解释了原子为何在宏观上表现出坚实而不透明的特性。通过量子力学的透视，我们得以理解，物质的透明度并非仅由原子内部的空隙决定，而是由电子的能级、运动状态以及它们之间的相互作用共同决定。
在量子力学的框架下，透明度问题得到了更加深刻的解释。当光的能量与电子在原子中的能级匹配时，光子会被电子吸收，导致物质表现为不透明。例如，当可见光照射到某些物质上时，其能量与这些物质中电子的能级差异恰好使得电子可以吸收这些光子，从而阻止了光的进一步穿透。反之，当光的能量与电子的能级不匹配时，光子就不会被吸收，而是直接穿透物质。这就是某些物质对可见光透明，而对红外线或紫外线不透明的原因。在这些情况下，光的能量太高或太低，无法与物质中的电子能级相匹配。
