物質世界精彩紛呈，我們睜開雙眼就能看到各式各樣的物質。
在公園裡，我們可以遠望藍天白雲，也可以欣賞湖面波光，又或是端詳野草怪石，偶遇幾個親戚朋友。所有這一切都是由物質構成的，這一點我們早就知曉，但我們是怎麼辨識出不同物質的呢？
最重要的辨別方式，自然就是看——不同的物質可以發射或反射出不用的光，我們的雙眼正是通過對這些光進行反應，才最終識別出它們是什麼，或者遠遠就認出熟悉的人。
這種作用方式的基礎，就是物質和能量的相互關係，而我們今天能夠藉助的各項儀器，絕大多數也是利用了類似的原理。
這其中，最常用的一種方法被稱為「光譜分析」，此前我們說到從太陽中看到氦元素，其中利用的方法就是通過對其輻射的特徵譜線進行分析鑑定得出的。
光譜，顧名思義就是依光的波長大小排列的譜圖，它是記錄某種物質發射或吸收光波的一種圖案，根據光譜去識別物質，就跟看著樂譜唱出歌曲一樣、光譜的形式非常多樣，因為物質發生能量變化的方式實在太多了，電子躍遷只是最常見的一種，我們雙眼通常也是根據這一點發揮作用。
比如，當我們去賞花的時候，五顏六色的花朵屹立在綠葉環抱的枝頭，而我們的眼睛可以真切地看到每一朵花，這就是一種可見光形成的光譜。在這個過程中，觀測設備是我們的雙眼，而識別設備則是大腦中的處理系統。
在這些花和它們的葉子中，含有很多不同的色素分子。這些分子是由原子構成的，每一個原子中的電子，在吸收光波後，就會發生躍遷。正如前面已經提及的，電子的躍遷必須要遵循一定的能級，是量子化的。所以，當太陽光照射過來的時候，那些能量沒能滿足電子剛好在能級之間發生躍遷的光子，就不會被吸收，通常會直接反來。這樣一來，我們所看到的顏色，就是色素分子在吸收過所需光波後剩下的那些顏色。
眼睛本身也是一個能量與物質相互作用的場所。就人眼而言，大多數擁有的視覺系統中都有三種被稱為「受體」的感光結構，它們分別帶有一些物質可以和不同顏色的光發生作用，然後再把信號傳遞給大腦，大腦由此識別出紅、綠、藍三種顏色。實際上，人類現在絕大多數電子設備也都是這樣設計的，比如電腦屏幕，也可以發出紅綠藍三種顏色，它們可以按照不同比例，調和成包括白色在內的各種可見光。
如果人類只能看到兩種顏色，那麼我們可以識別的物質將會大為減少——事實上也的確有很多人天生色盲，缺少某種感光成分，對生活產生了諸多不利（「色盲」這種現象最早也是由道爾頓發現的，因此色盲症又有「道爾頓症」的稱呼，道爾頓的實驗水平相對不高，與此可能有一定關係）。
問：圖上是什麼數字？
相反，如果感光的成分更多，就會更容易觀察到物質的變化。鳥類和一些爬行動物的眼睛中都有著四種或更多的受體，它們看到的世界也比我們人類更豐富多彩。不過，在掌握了能量與物質相互作用的規律後，人類用檢測儀器彌補了這些不足。
很多物質的電子躍遷並不在可見光區，也就是說，它們吸收的光是我們所看不到的，於是這些物質在我們看來，要麼就是平平無奇的白色、灰色或黑色，要麼乾脆就是透明的。
玻璃就是一個很好的例子，我們偶爾會莫名其妙地撞到玻璃上，就是因為它看上去空無一物。然而，這並不代表玻璃的內部就不存在電子躍遷，只是因為它們吸收的光波非常短，是比可見光頻率更高的紫外光，對可見光卻沒有興趣，所以我們看到的就是像水一樣晶瑩清澈的玻璃。如果我們人眼能夠看到紫外光，那我們看到的玻璃或許就和青銅器差不多了。
對於這些肉眼根本無法分辨的物質，紫外光譜儀器就可以輕鬆地看出它們的差別，它就是我們眼睛的延伸。
除了紫外光譜以外，還有紅外光譜、拉曼光譜、螢光光譜之類的各種光譜儀，都可以幫助我們看清物質。它們全都是利用了電子在能量作用下發生躍遷的原理。即便只是在可見光區，有很多物質也需要儀器的幫助才能看明白它們的真身——這也正是我們從太陽光譜中找到氦元素的辦法。
再說一下光。從本質上講，我們所說的光指的是可見光，從紫光到紅光區域。廣義上，光不僅是可見光，還包含紅外線和紫外線等。雖然紅外線、紫外線以及在它們波長之外的電磁波均不能引起人眼視覺，但紫外和紅外波段的電磁波可有效地轉換為可見光，利用光學儀器或攝影與攝像的方法可以量度或探測發射這種光線物體的存在，因此，在光學研究領域，光的概念通常延伸到鄰近可見光區域的電磁輻射（紅外線和紫外線），甚至 X 射線等也被認為是光。
但是，能量對於物質世界的影響還遠不止於此，我們的生活，無時無刻不在感受著能量的變化。
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文源：《給青少年講物質科學》
作者：孫亞飛
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