Nel modello della luce di Newton come composto da particelle, è facile immaginare la riflessione come il rimbalzo di singoli corpuscoli su una superficie. Tuttavia, poiché la luce può anche comportarsi come unonda, rappresenta una sfida nella visualizzazione del riflesso.
In che modo unonda si riflette su una superficie, che si tratti di riflessione speculare o riflessione diffusa? Londa deve essere prima assorbita e poi riemessa? O cè un meccanismo diverso?
Commenti
- Questa domanda discute la riflessione e la rifrazione mediante lelettrodinamica quantistica: physics.stackexchange.com / q / 2041
- @Bjorn: Quindi, da quello che ho capito, i fotoni vengono effettivamente assorbiti e riemessi durante la riflessione. Perché allora langolo di incidenza è uguale allangolo di riflessione? Logicamente, deve esserci un periodo di tempo limitato in cui lelettrone si attacca allenergia. Quando viene irradiato via, perché non è in una direzione casuale?
- ' non viene irradiato a caso a causa dellinterferenza. Ricordo una buona discussione su Feynman (credo nella seconda delle sue lezioni pubbliche di QED ) – ho appena guardato il thread @Bjorn collegato a e Feynman ' s QED è il riferimento principale lì.
- @ Simon, @ voithos: Sì e no, sono effettivamente sparsi a caso ma in una sovrapposizione di tutte le direzioni possibili . Il principio di sovrapposizione quantistica quindi, per interferenza, seleziona la direzione riflettente (non casuale) come risultato classico principale (di gran lunga il più probabile). Questo è descritto in modo MOLTO buono nella lettura assolutamente essenziale: " Feynman – QED La strana teoria della luce e della materia. "
- @Bjorn: Vero, avrei dovuto essere più attento nel mio commento!
Risposta
Vado avanti e scrivo questo anche se è già stato trattato nellaltro thread .. ma non lho postato così 🙂
Primo, se pensi alla luce come unonda (scalare) (che è davvero un modo di pensare semi-classico ma potrebbe essere sufficiente per rispondere alla tua domanda) puoi invocare il principio di Huygen-Fresnel che in questo caso si riduce a considerare ogni punto della superficie riflettente come un origine di unonda sferica riemessa con una fase iniziale direttamente correlata alla fase che il punto ha ottenuto dal fronte donda incidente.
La sovrapposizione di questi fronti donda, dopo averli lasciati interferire distruttivamente tra loro, ammonterà a un nuovo fronte donda combinato che si propaga secondo la legge di Snells (angolo di incidenza = angolo di riflettanza). Guarda questa immagine per la corrispondente illustrazione della rifrazione (che è molto simile, non sono riuscito a trovare rapidamente una buona immagine del riflesso):
Ora, la luce in realtà non “si comporta” a volte come una particella, a volte come unonda “. Viene sempre rilevato come quanti (particelle) ma le ampiezze di probabilità (fasi) si propagano in modo ondulatorio. Un modo per esprimere la propagazione è dire che un fotone è una specie di scissione e prende ogni possibile percorso tra A e B (o, nel caso di un riflettore, da A a qualsiasi punto del riflettore e poi da lì al punto B con qualsiasi mezzo). Ogni percorso riceve un contributo di fase e tutti i percorsi indistinguibili vengono sommati. La maggior parte dei percorsi si sta semplicemente annullando a vicenda, ma alcuni interferiscono costruttivamente, creando un grande contributo (nel caso in cui non si conosca QM, lampiezza di probabilità al quadrato è la probabilità dellevento descritto, quindi un grande contributo significa che questo risultato molto probabilmente si verificherà). Cè unimmagine e una descrizione MOLTO buone di questo processo in Feynman – QED The Strange Theory of Light and Matter (come ho scritto nel commento sopra).
Nel caso del riflettore, si verifica il grande contributo al classico angolo di riflessione (di nuovo la legge di Snell). Notare la somiglianza tra questa formulazione (chiamata approccio integrale di percorso) e il principio semi-classico delineato sopra; questa non è una coincidenza, ovviamente.
Anche per divagare brevemente sulla tua domanda implicita sul tempo di “riflettanza” diverso da zero per atomo – dicendo che unorbita elettronica assorbe lenergia del fotone per un po riemetterlo in un secondo momento diverso da zero è ovviamente anche una leggera semplificazione. In realtà lelettrone interagisce con il fotone, cambia un po la sua quantità di moto, la riemette (interagisce) con il nuovo fotone e cambia di nuovo la sua quantità di moto. Questo processo di scattering si verifica in tutti i momenti consentiti e nei tempi intermedi, che vengono poi tutti sovrapposti come sopra e quindi “non sono sicuro” sia significativo parlare di un tempo apprezzabile di riflettanza. Si noti che questo scattering è in pratica molto diverso dallo scattering che può eccitare lelettrone su unaltra orbita.
Commenti
- Ah, interessante. Penso che lultimo paragrafo sia stato probabilmente il più utile. E, mentre continuo a leggere tutti, sembra che cercare i discorsi e le pubblicazioni di Mr. Feynman ' sia un buon modo per saperne di più sulla QM in generale. : D
Risposta
In realtà, considero il riflesso di unonda più facile del riflesso di una particella: diciamo che avere un mezzo in cui londa può propagarsi facilmente, cioè la sua ampiezza può variare liberamente, riempiendo una sorta di equazione donda. Puoi immaginarlo come una sequenza di oscillatori, in cui ognuno di loro passa sempre la sua energia a quello successivo.
Se ora mettiamo un muro di mattoni nel modo dellonda, essenzialmente creiamo solo una regione in cui non ci sono oscillatori che assorbono lenergia, o ce ne sono molti di meno. Allora cosa fa londa? Non può andare avanti nella direzione originale, non cè modo di sbarazzarsi dellenergia. Quindi gli oscillatori hanno altra scelta che rimandare indietro lenergia attraverso il mezzo.