In het model van Newton dat licht bestaat uit deeltjes, is het gemakkelijk om reflectie voor te stellen als het terugkaatsen van individuele bloedlichaampjes van een oppervlak. Omdat licht zich echter ook als een golf kan gedragen, vormt het een uitdaging bij het visualiseren van reflectie.
Hoe reflecteert een golf op een oppervlak, of het nu gaat om spiegelreflectie of diffuse reflectie? Moet de golf eerst worden geabsorbeerd en dan opnieuw worden uitgezonden? Of is er een ander mechanisme?
Opmerkingen
- Deze vraag behandelt reflectie en breking door kwantumelektrodynamica: physics.stackexchange.com / q / 2041
- @Bjorn: Dus, voor zover ik begreep, worden fotonen inderdaad geabsorbeerd en opnieuw uitgezonden tijdens reflectie. Hoe komt het dan dat de invalshoek gelijk is aan de reflectiehoek? Logischerwijs moet er een eindige hoeveelheid tijd zijn die het elektron aan de energie vasthoudt. Als het weggestraald wordt, waarom is het dan niet in een willekeurige richting?
- Ze ' worden niet willekeurig uitgestraald vanwege interferentie. Ik herinner me een goede Feynman-bespreking ervan (ik denk in de 2e van zijn openbare QED-lezingen ) – ik keek gewoon naar de thread @Bjorn gelinkt aan en Feynman ' s QED is daar de belangrijkste referentie.
- @ Simon, @ voithos: Ja en nee, ze zijn inderdaad willekeurig verspreid, maar in een superpositie van alle mogelijke richtingen . Het kwantumsuperpositieprincipe selecteert dan, door interferentie, de reflecterende (niet-willekeurige) richting als het belangrijkste klassieke (verreweg meest waarschijnlijke) resultaat. Dit wordt op een ZEER goede manier beschreven in de volledig essentiële lezing: " Feynman – QED De vreemde theorie van licht en materie. "
- @Bjorn: Klopt, ik had voorzichtiger moeten zijn in mijn commentaar!
Antwoord
Ik zal gewoon doorgaan en dit opschrijven, ook al is het al behandeld in de andere thread .. maar ik heb daar niet gepost dus 🙂
Ten eerste, als je aan licht denkt als (scalaire) golf (wat eigenlijk een semi-klassieke manier van denken is, maar misschien wel voldoende is om je vraag te beantwoorden) kun je het Huygen-Fresnel principe inroepen, wat in dit geval neerkomt op het beschouwen van elk punt op het reflecterende oppervlak als een oorsprong van een opnieuw uitgezonden sferische golf met een startfase die direct gerelateerd is aan de fase die het punt kreeg van het invallende golffront.
De superpositie van deze golffronten, nadat je ze destructief met elkaar hebt laten interfereren, zal bedragen naar een nieuw gecombineerd golffront die zich voortplant volgens de wet van Snells (invalshoek = hoek van reflectie). Zie deze afbeelding voor de overeenkomstige illustratie van refractie (die erg vergelijkbaar is, ik kon niet “snel een goed beeld van reflectie vinden):
Nu gedraagt licht zich echt niet “soms als een deeltje, soms als een golf”. Het wordt altijd gedetecteerd als quanta (deeltjes) maar de waarschijnlijkheidsamplitudes (fasen) planten zich op een golfachtige manier voort. Een manier om de voortplanting uit te drukken, is door te zeggen dat een foton een soort van gespleten is en elk mogelijk pad tussen A en B inneemt (of, in het geval van een reflector, van A naar een willekeurig punt op de reflector en dan van daar naar punt B). hoe dan ook). Elk pad krijgt een fasebijdrage en alle niet te onderscheiden paden worden opgeteld. De meeste paden heffen elkaar eenvoudigweg op, maar sommige interfereren constructief en creëren een grote bijdrage (voor het geval je QM niet kent, is de waarschijnlijkheidsamplitude in het kwadraat de waarschijnlijkheid van de beschreven gebeurtenis, dus een grote bijdrage betekent dat dit resultaat hoogstwaarschijnlijk zal optreden). Er is een ZEER goed beeld en beschrijving van dit proces in Feynman – QED The Strange Theory of Light and Matter (zoals ik in de opmerking hierboven schreef).
In het geval van de reflector treedt de grote bijdrage op onder de klassieke hoek van reflectie (nogmaals de wet van Snell). Let op de gelijkenis tussen deze formulering (de padintegraalbenadering genoemd) en het semi-klassieke principe dat hierboven is geschetst; dit is natuurlijk geen toeval.
Ook om kort af te wijken van je impliciete vraag over de niet-nul “reflectie” tijd per atoom – zeggend dat een elektronenbaan de fotonenergie een tijdje absorbeert het opnieuw uitzendt een niet-nul tijd later is natuurlijk ook een kleine vereenvoudiging. In werkelijkheid interageert het elektron met het a-foton, verandert het zijn momentum een beetje, het zendt opnieuw uit (interageert) met het nieuwe foton en verandert zijn momentum weer. Dit verstrooiingsproces vindt plaats op alle toegestane momenta en tussentijden, die dan allemaal over elkaar heen worden gelegd zoals hierboven en daarom weet ik niet zeker of het zinvol is om te praten over een noemenswaardige tijd van reflectie. Merk op dat deze verstrooiing in de praktijk heel anders is dan verstrooiing die het elektron naar een andere baan kan prikkelen.
Reacties
- Ah, interessant. Ik denk dat de laatste alinea waarschijnlijk het nuttigst was. En, terwijl ik iedereen blijf lezen, lijkt het alsof het opzoeken van de lezingen en publicaties van Mr. Feynman ' een goede manier is om meer over QM in het algemeen te leren. : D
Answer
Eigenlijk vind ik reflectie van een golf gemakkelijker dan reflectie van een deeltje: stel dat we een medium hebben waarin de golf zich gemakkelijk kan voortplanten, dat wil zeggen, de amplitude kan vrij variëren, waardoor een soort golfvergelijking wordt vervuld. Je kunt het je voorstellen als een opeenvolging van oscillatoren, waarbij elk van hen altijd zijn energie doorgeeft aan de volgende.
Als we nu een bakstenen muur in de richting van de golf plaatsen, creëren we in feite gewoon een regio waar er zijn geen, of veel minder, oscillatoren om de energie over te nemen. Dus wat doet de golf? Het kan “niet doorgaan in de oorspronkelijke richting, er is geen manier om de energie kwijt te raken. Dus de oscillatoren hebben geen andere keuze dan de energie terug te sturen via het medium.