光透过不透明介质时的路径长度问题

一个看似矛盾的物理预言现在已经在一个实验中得到证实：不管物体是不透明的还是透明的，光穿过物体的路径的平均长度总是一样的。

当光线穿过一杯牛奶时会发生什么？它进入液体，光会以一种不可预知的规律分散在无数的微小粒子中，并会再次碰到玻璃。这种效果使牛奶看起来是白色的。这要取决于入射光束，但是具体的路径，在于液体的透明度：透明物质会使光波在一直线上，在混浊物质的光将散落无数次，行驶更复杂曲折的轨迹。但令人惊讶的是，物质内部的光所覆盖的平均总距离总是一样的。

上图所示是通过液体的光束，在透明液体（左）的情况下，光的路径是直线。如果液体通过纳米颗粒是不透明的（右），光的路径通过散射变得更加复杂。其中一些路径变长了，有些路径变短了，尽管光路的长度与透明的情况相同。图片来源：维也纳理工大学

三年前，Stefan Rotter教授和他的团队（来自奥地利）与来自法国的同事一起预测了这种反直觉的结果。现在他和来自巴黎的合作者在一个实验中验证了这个理论。研究结果现已发表在《科学》杂志上。

粒子和波

 “我们可以对这种现象有一个简单化的想法，我们想象光作为一个流动着的微小颗粒，”Stefan Rotter说。“光子在液体中的轨迹取决于它们遇到的障碍物的数量。

在清澈透明的液体中，颗粒沿着直线传播，直到液体流到对面。然而，在不透明液体中，轨迹更为复杂。光束沿其方向经常分散，多次改变方向，在不透明物中长距离照射后才能到达对面。 ”