I Newtons modell av lys som bestående av partikler er det lett å forestille seg refleksjon som en tilbakegang av individuelle kropper fra en overflate. Men siden lys også kan oppføre seg som en bølge, utgjør det en utfordring å visualisere refleksjon.
Hvordan reflekterer en bølge av overflaten, enten det er speilrefleksjon eller diffus refleksjon? Må bølgen først absorberes, og deretter sendes ut på nytt? Eller er det en annen mekanisme?
Kommentarer
- Dette spørsmålet diskuterer refleksjon og refraksjon ved kvanteelektrodynamikk: physics.stackexchange.com / q / 2041
- @Bjorn: Så fra det jeg forsto, blir fotoner virkelig absorbert og sluppet ut under refleksjon. Hvorfor er det da at innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen? Logisk må det være en begrenset tid som elektronet holder på energien. Når det stråles bort, hvorfor er det ikke i en tilfeldig retning?
- De ' utstråles ikke tilfeldig på grunn av forstyrrelser. Jeg husker en god Feynman-diskusjon av det (jeg tror i 2. av hans offentlige QED-forelesninger ) – Jeg så bare på tråden @Bjorn knyttet til og Feynman ' s QED er den viktigste referansen der.
- @ Simon, @ voithos: Ja og nei, de er faktisk spredt tilfeldig, men i en superposisjon av alle mulige retninger . Kvantesuperposisjonsprinsippet velger da, ved interferens, den reflekterende (ikke-tilfeldige) retningen som det viktigste klassiske (langt mest sannsynlige) resultatet. Dette er beskrevet på en veldig god måte i den helt essensielle lesingen: " Feynman – QED Den rare teorien om lys og materie. "
- @Bjorn: Jeg burde ha vært mer forsiktig i kommentaren min!
Svar
Jeg kommer bare til å skrive ned dette selv om det allerede er dekket i den andre tråden .. men jeg la ikke ut det så 🙂
Først hvis du tenker på lys som en (skalar) bølge (som egentlig er en semi-klassisk tenkemåte, men som kan være nok til å svare på spørsmålet ditt), kan du påberope deg Huygen-Fresnel-prinsippet som i dette tilfellet koker ned til å vurdere hvert punkt på den reflekterende overflaten som en opprinnelsen til en re-emitteret sfærisk bølge med en startfase direkte relatert til den fasen punktet fikk fra den innfallende bølgefronten.
Superposisjonen til disse bølgefrontene, etter at du lar dem destruktivt forstyrre hverandre, vil til en ny kombinert bølgefront som forplanter seg i henhold til Snells lov (innfallsvinkel = refleksjonsvinkel). Se dette bildet for den tilsvarende illustrasjonen av brytning (som er veldig lik, jeg kunne ikke raskt finne et godt bilde av refleksjon):
Nå, lys oppfører seg ikke «noen ganger som en partikkel, noen ganger som en bølge». Det oppdages alltid som kvanta (partikler), men sannsynlighetsamplitudene (fasene) forplantes på en bølgelignende måte. En måte å uttrykke forplantning på er å si at et foton er slags splitt og tar alle mulige baner mellom A og B (eller, i tilfelle en reflektor, fra A til hvilket som helst punkt på reflektoren og deretter derfra til punkt B på noen måte). Hver sti får et fasebidrag, og alle de umulige stiene blir oppsummert. De fleste baner avbryter rett og slett hverandre, men noen forstyrrer konstruktivt, og skaper et stort bidrag (i tilfelle du ikke kjenner QM, er sannsynlighetsamplituden kvadratert sannsynligheten for den beskrevne hendelsen, så et stort bidrag betyr at dette resultatet mest sannsynlig vil oppstå). Det er et veldig bra bilde og en beskrivelse av denne prosessen i Feynman – QED The Strange Theory of Light and Matter (som jeg skrev i kommentaren ovenfor).
Når det gjelder reflektoren, oppstår det store bidraget i den klassiske refleksjonsvinkelen (Snells lov igjen). Legg merke til likheten mellom denne formuleringen (kalt path integral approach) og det semi-klassiske prinsippet som er skissert ovenfor; dette er selvfølgelig ikke en tilfeldighet.
Også for å kort fortelle deg om det underforståtte spørsmålet ditt om ikke-null «reflektans» -tid – og si at en elektronbane tar opp fotonenergien en stund re-emitter it a non-zero time later er selvfølgelig også en liten forenkling. I virkeligheten samhandler elektronet med a-fotonet, endrer momentum litt, det re-emitterer (interagerer) med det nye fotonet og endrer momentum igjen. Denne spredningsprosessen skjer til alle tillatte momenta og mellomliggende tider, som deretter er superposisjonert som ovenfor, og derfor er jeg ikke sikker på at det er meningsfylt å snakke om noen betydelig refleksjonstid. Legg merke til at denne spredningen i praksis er veldig forskjellig fra spredning som kan begeistre elektronet til en annen bane.
Kommentarer
- Ah, interessant. Jeg tror nok det siste avsnittet var mest nyttig. Og mens jeg fortsetter å lese alle, virker det som å slå opp Mr. Feynman ' s samtaler og publikasjoner er en god måte å lære mer om QM generelt. : D
Svar
Egentlig anser jeg refleksjon av en bølge lettere enn refleksjon av en partikkel: si vi har et medium der bølgen lett kan forplante seg, det vil si at dens amplitude kan variere fritt, og fylle en slags bølgeligning. Du kan forestille deg det som en sekvens av oscillatorer, hvor hver av dem alltid overfører sin energi til den neste.
Hvis vi nå setter en murvegg i bølgen, lager vi egentlig bare en region der det er ingen, eller mye færre, oscillatorer som tar over energien. Så hva gjør bølgen? Den kan ikke fortsette i den opprinnelige retningen, det er ingen måte den kan bli kvitt energien. Så oscillatorene har intet annet valg enn å sende energien tilbake gjennom mediet.