За тысячи лет до того, как появился пластик – дешевая имитация стекла, – стекло было единственным материалом, через который можно было наблюдать мир (разумеется, за исключением нескольких других природных объектов, таких как вода или крылышки стрекозы). И по сей день стекло остается единственным прозрачным материалом на планете. Прозрачность определяется тем, что сквозь него может проходить свет. Но почему он не может проходить через другие материалы, например металлы?

Дело не в толщине слоя вещества. Тонкие листы бумаги могут пропускать свет, но они не прозрачны (не позволяют вам увидеть то, что происходит за ними). Очень тонкая папиросная бумага позволяет вам опознать объект, на который она положена, но не даст возможности увидеть объект, находящийся на расстоянии, потому что частично отражает свет (под углом, равным углу падения света), частично пропускает его и частично рассеивает (под случайными углами, делая фокусированное распространение света невозможным). Существует алюминиевая фольга толщиной всего 0,2 мм (тоньше тончайшей бумаги). Но сквозь нее вы ничего не можете увидеть.

Прозрачность или светопроницаемость материалов определяется тем, как они взаимодействуют со светом, который пытается проникнуть сквозь них. Металлы легко поглощают частицы падающего на них света, которые называются фотонами, а также некоторые виды излучения неоптического диапазона, например рентгеновские лучи (подробнее об этом речь пойдет в ). Атомы металлов окружены облаками свободных электронов, которые легко поглощают фотоны света и эффективно обмениваются ими. Схожую картину мы можем наблюдать, когда игроки ловят мяч и отбрасывают его сопернику. Блестящие металлы вроде алюминия и серебра отражают фотоны всех оптических частот (видимых цветов), при этом частично поглощая их энергию и нагреваясь. Именно поэтому алюминий и серебро используются при производстве зеркал. Цветные металлы, например медь и золото, отражают фотоны на одних частотах, но поглощают (или проводят) на других. Например, медь отражает фотоны красного спектра, но поглощает другие спектры – от желтого и зеленого до голубого и фиолетового.

Чем же отличается от перечисленных материалов стекло? Все дело в его внутренней атомарной структуре. В стекле все электроны полностью связывают его аморфную структуру, свободных электронов нет. Для их возбуждения нужна значительная энергия. Они не могут поглощать фотоны видимого света, как металлы. Поэтому эти фотоны свободно «пронзают» структуру стекла. Атомы последнего даже не «замечают» их, не взаимодействуют с ними. Если мы используем ультрафиолетовый свет, фотоны которого обладают большей энергией по сравнению с видимой частью спектра, то их стекло поглощает. Именно поэтому под ультрафиолетовым освещением оно выглядит непрозрачным и темным. Когда стекло окрашивается путем добавления атомов различных металлов, совмещаются атомарные структуры обоих материалов: стекло пропускает свет, а атомы металлов внутри него определяют цвет видимого света.