光将玻璃窗外的风景反射进来

在量子学中，有一个概念叫“能带结构”，大致的意思是这样：单个电子因为携带能量的不同有自己的能级；原子与分子之间因为最外层电子的相互作用有化学键；许多原子结合在一起，它们最外层的许多电子组合在一起就有了能带结构。物质不同，其能带结构各异，它们的电学和光学性质也就有了差别。

自由电子吸收、释放光子与能量跃迁

在半导体固体中，当自由电子受到光照射时，光的能量子会被电子吸收耦合，从而将电子从低能带激发到高能带；与此同时，高能带的电子有向下回落的趋势，在回落的过程中，它们会向外释放相应能量的光能量子；光能量子就以这种方式在半导体固体中传递。

低能带与高能带之间是有间隔的，这种能量的落差被称为“能隙”。固体的性质不同，它们电子的能隙也不同。如果耦合的电子能量达不到能隙的宽度，它就不能完成跃迁，也就不能释放光子，它对外就显示不透明。

绝缘体由于几乎没有自由电子，相对于1.8到3.1个电子伏特的可见光能量，绝缘体的能隙很大，几乎不会被光子激发，电子也不会释放光子。这时候对于非晶体来说，光会以波的形式穿过；而对于晶体，光子会与声子耦合进行传递。因此绝缘的非晶体和晶体是透明的。

玻璃窗内的两只猫

而对于金属导体，由于在其原子的最外层拥有大量密集的自由电子，这些自由电子在金属晶体的表面组成了一层“电子海洋”。当光子与金属表面碰撞后，其电场会激发金属表面的电子，使其发生弹性响应，于是光子大多数被反射出去，只有极少数光谱光子被吸收。那些与被吸收光量子耦合的自由电子，其跃迁主要发生在费米能级附近很小的能量范围内，因此远离能隙，它们只会产生热能，不会激发出新的光子。所以金属在理论上对可见光不透明。

铝箔尽管只有0.005毫米厚，它依然不能被可见光穿过

石头透明吗？许多人会摇头。但如果你将石头切割打磨成薄片，就会发现其实它也是透明的。下图是阿波罗11号带回的月球岩石样本，编号10020，当将其制成薄片后我们会看到这些含亚硫酸盐、橄榄石、玄武岩的石头其实也可以透光。