En el modelo de Newton de la luz como compuesta de partículas, es fácil imaginar la reflexión como el rebote de los corpúsculos individuales de una superficie. Sin embargo, dado que la luz también puede comportarse como una onda, representa un desafío para visualizar la reflexión.
¿Cómo se refleja una onda en una superficie, ya sea reflexión especular o reflexión difusa? ¿Debe absorberse primero la onda y luego volver a emitirse? ¿O hay un mecanismo diferente?
Comentarios
- Esta pregunta trata sobre la reflexión y refracción por electrodinámica cuántica: physics.stackexchange.com / q / 2041
- @Bjorn: Entonces, por lo que entendí, los fotones son absorbidos y reemitidos durante la reflexión. Entonces, ¿por qué el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión? Lógicamente, debe haber una cantidad finita de tiempo durante el cual el electrón retiene la energía. Cuando se irradia, ¿por qué no lo hace en una dirección aleatoria?
- Ellos ' no se irradian al azar debido a la interferencia. Recuerdo una buena discusión de Feynman al respecto (creo que en la segunda de sus conferencias públicas de QED ). Acabo de ver el hilo al que @Bjorn se vinculó y Feynman ' s QED es la referencia principal allí.
- @ Simon, @ voithos: Sí y no, de hecho están dispersos al azar pero en una superposición de todas las direcciones posibles . El principio de superposición cuántica entonces, por interferencia, selecciona la dirección reflectante (no aleatoria) como el resultado clásico principal (el más probable con diferencia). Esto se describe de muy buena manera en la lectura completamente esencial: " Feynman – QED La extraña teoría de la luz y la materia. "
- @Bjorn: Cierto, ¡debería haber sido más cuidadoso en mi comentario!
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Seguiré adelante y escribiré esto aunque ya se haya cubierto en el otro hilo … pero no publiqué allí, así que 🙂
Primero, si piensas en la luz como una onda (escalar) (que es en realidad una forma de pensar semiclásica pero que podría ser suficiente para responder a su pregunta) puede invocar el principio de Huygen-Fresnel que en este caso se reduce a considerar cada punto de la superficie reflectante como un origen de una onda esférica reemitida con una fase de inicio directamente relacionada con la fase que el punto obtuvo del frente de onda incidente.
La superposición de estos frentes de onda, después de dejar que interfieran destructivamente entre sí, será a un nuevo frente de onda combinado que se propaga según la ley de Snell (ángulo de incidencia = ángulo de reflectancia). Vea esta imagen para ver la ilustración correspondiente de refracción (que es muy similar, no pude encontrar rápidamente una buena imagen de reflexión):
Ahora, la luz realmente «no se comporta» a veces como una partícula, a veces como una onda «. Siempre se detecta como cuantos (partículas), pero las amplitudes de probabilidad (fases) se propagan en forma de onda. Una forma de expresar la propagación es decir que un fotón está dividido y toma todos los caminos posibles entre A y B (o, en el caso de un reflector, de A a cualquier punto del reflector y luego de allí al punto B por cualquier medio). Cada camino obtiene una contribución de fase, y se suman todos los caminos indistinguibles. La mayoría de las rutas simplemente se cancelan entre sí, pero algunas interfieren de manera constructiva, creando una gran contribución (en caso de que no sepa QM, la amplitud de probabilidad al cuadrado es la probabilidad del evento descrito, por lo que una gran contribución significa que lo más probable es que ocurra este resultado). Hay una MUY buena imagen y descripción de este proceso en Feynman – QED The Strange Theory of Light and Matter (como escribí en el comentario anterior).
En el caso del reflector, la gran contribución ocurre en el ángulo clásico de reflectancia (de nuevo la ley de Snell). Observe la similitud entre esta formulación (llamada enfoque integral de trayectoria) y el principio semiclásico descrito anteriormente; esto no es una coincidencia, por supuesto.
También para hacer una breve digresión en su pregunta implícita sobre el tiempo de «reflectancia» por átomo distinto de cero, diciendo que una órbita de electrones absorbe la energía del fotón durante un tiempo volver a emitirlo después de un tiempo distinto de cero es, por supuesto, también una ligera simplificación. En realidad, el electrón interactúa con el fotón a, cambia un poco su impulso, reemite (interactúa) con el nuevo fotón y cambia su impulso nuevamente. Este proceso de dispersión ocurre en todos los momentos y tiempos intermedios permitidos, que luego se superponen como arriba y, por lo tanto, no estoy seguro de que sea significativo hablar de un tiempo de reflectancia apreciable. Observe que esta dispersión es en la práctica muy diferente de la dispersión que puede excitar al electrón a otra órbita.
Comentarios
- Ah, interesante. Creo que el último párrafo fue probablemente el más útil. Y, como sigo leyendo a todo el mundo, parece que buscar las charlas y publicaciones del Sr. Feynman ' es una buena forma de aprender más sobre QM en general. : D
Respuesta
En realidad, considero que el reflejo de una onda es más fácil que el reflejo de una partícula: digamos que Tener un medio en el que la onda se pueda propagar fácilmente, es decir, su amplitud puede variar libremente, cumpliendo algún tipo de ecuación de onda. Puedes imaginarlo como una secuencia de osciladores, donde cada uno de ellos siempre pasa su energía al siguiente.
Si ahora ponemos una pared de ladrillos en el camino de la onda, básicamente creamos una región donde no hay, o hay muchos menos, osciladores para absorber la energía. Entonces, ¿qué hace la onda? No puede continuar en la dirección original, no hay forma de que pueda deshacerse de la energía. Así que los osciladores tienen no hay más remedio que devolver la energía a través del medio.