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為什麼金子會泛金光?終於知道答案了!

1922年11月4日,英國考古學家霍華德?卡特發現了古埃及法老圖坦卡蒙陵墓的入口。一副金光燦燦的「黃金面具」和一具黃金打造的棺材出現在人們眼前。古埃及人崇拜的黃金為什麼能夠呈現美麗的光澤?為什麼其它金屬難以呈現黃金的顏色?

常言道「是金子,在哪裡都能發光」,意指有優秀才能的人不會被輕易埋沒。我們也經常用「金燦燦」或「黃澄澄」來形容金子的光芒,而用「雪花銀」來描述銀子。黃金和白銀因為稀有和特殊的表面光澤而深受人們青睞,金銀在很早就被作為珍貴的裝飾品,古埃及法老的面具和古希臘貴族的盤子都是用金銀製作的。

古代人很早就認識到金屬的反光特性,他們據此製作了鏡子,從此看清楚了自己的容貌。古埃及人最早採用銅製成鏡子,中國古代銅鏡也被廣泛使用。古羅馬人最早製作了玻璃鏡子,其背面反光塗層主要採用鉛,因此照起來是灰濛濛的。後來威尼斯人發明了現代鏡子,玻璃背面塗層是水銀和錫的合金,反光能力大大增強。如今照鏡梳妝已經成為人們日常生活中的一部分。不過,從物理角度來看,黃金白銀真的可以「發光」嗎?

事實上,黃金和白銀等金屬材料並不會自發產生光,人們之所以能看到金屬的光澤主要是因為金屬的「反光」能力特別強。我們知道,光的本質是電磁波,當光線入射到固體材料表面時,會被表面形成的等離子體震盪吸收,因此一方面光線射入固體表面存在一定的深度極限,另一方面不同頻率的光被固體吸收的量不同。對特定材料而言,小於一定頻率的所有電磁波將被表面完全反射而無法進入材料內部。材料的等離子體截止頻率和內部自由電子數相關。金屬屬於晶體,其內部主要存在金屬離子和大量可以自由運動的電子。由於金屬的自由電子濃度很高,所有可見光均被金屬反射,所以金屬總是亮晶晶的。

大部分金屬材料是銀白色或銀灰色的,其他如金顯黃色,銅顯赤紅色,鉍顯淡紅色,銫顯淡黃色,鉛顯灰藍色。儘管純淨的鐵和錳顯銀白色,鉻顯銀灰色,但因鐵礦石表面通常覆蓋著一層黑色的四氧化三鐵,而且錳及鉻主要應用於冶煉黑色的合金鋼,因此鐵、錳和鉻三種金屬及其合金被歸類為「黑色金屬」。黑色金屬以外的其他金屬及其合金統稱為「有色金屬」。不同的金屬之所以有不同的顏色外觀,主要是因為其表面等離子體截止頻率不一樣,導致反射的光頻率不同。比如黃金主要反射的是黃光,白銀則反射所有可見光,因此黃金就顯得「金燦燦」的,而白銀是「白花花」的。

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