W modelu światła Newtona jako złożonego z cząstek łatwo jest wyobrazić sobie odbicie jako odbicie pojedynczych cząsteczek od powierzchni. Ponieważ jednak światło może również zachowywać się jak fala, stanowi wyzwanie w wizualizacji odbicia.
Jak fala odbija się od powierzchni, czy jest to odbicie lustrzane, czy rozproszone? Czy fala musi najpierw zostać pochłonięta, a następnie ponownie wyemitowana? A może jest inny mechanizm?
Komentarze
- To pytanie omawia odbicie i załamanie w elektrodynamice kwantowej: physics.stackexchange.com / q / 2041
- @Bjorn: Tak więc, z tego, co zrozumiałem, fotony są rzeczywiście absorbowane i ponownie emitowane podczas odbicia. Dlaczego więc kąt padania jest równy kątowi odbicia? Logicznie rzecz biorąc, musi istnieć skończona ilość czasu, w którym elektron utrzymuje energię. Kiedy jest wypromieniowywany, dlaczego nie jest w przypadkowym kierunku?
- ' nie są wypromieniowywane losowo z powodu interferencji. Pamiętam dobrą dyskusję na ten temat Feynmana (myślę, że w drugiej z jego publicznych wykładów QED ) – właśnie spojrzałem na wątek @Bjorn połączony z Feynmanem ' s QED jest tam głównym odniesieniem.
- @ Simon, @ voithos: Tak i nie, są one rzeczywiście rozproszone losowo, ale w superpozycji we wszystkich możliwych kierunkach . Zasada superpozycji kwantowej, poprzez interferencję, wybiera odbijający (nielosowy) kierunek jako główny klasyczny (jak dotąd najbardziej prawdopodobny) wynik. Jest to BARDZO dobrze opisane w całkowicie podstawowej lekturach: " Feynman – QED Dziwna teoria światła i materii. "
- @Bjorn: To prawda, powinienem bardziej uważać w swoim komentarzu!
Odpowiedź
Pójdę dalej i zapiszę to, mimo że było to już omówione w innym wątku .. ale nie opublikowałem tam, więc 🙂
Po pierwsze, jeśli myślisz o świetle jako falę (skalarną) (która jest tak naprawdę półklasycznym sposobem myślenia, ale może wystarczyć, aby odpowiedzieć na twoje pytanie) możesz odwołać się do zasady Huygena-Fresnela, która w tym przypadku sprowadza się do rozważenia każdego punktu na odbijającej powierzchni jako pochodzenie reemitowanej fali sferycznej z fazą początkową bezpośrednio związaną z fazą, którą punkt dostał z czoła fali incydentu.
Superpozycja tych czoła fali, po tym jak pozwolisz im destrukcyjnie na siebie interferować, będzie równa do nowego połączonego czoła fali który rozprzestrzenia się zgodnie z prawem Snella (kąt padania = kąt odbicia). Zobacz ten obraz, aby zobaczyć odpowiednią ilustrację refrakcji (która jest bardzo podobna, nie mogłem szybko znaleźć dobrego obrazu odbicia):
Teraz światło tak naprawdę nie „zachowuje się” czasami jak cząstka, czasami jak fala ”. Jest zawsze wykrywany jako kwanty (cząstki), ale amplitudy prawdopodobieństwa (fazy) rozchodzą się w sposób przypominający falę. Jednym ze sposobów wyrażenia propagacji jest stwierdzenie, że foton jest w pewnym sensie rozszczepiony i pokonuje każdą możliwą ścieżkę między A i B (lub, w przypadku reflektora, od A do dowolnego punktu na reflektorze, a następnie stamtąd do punktu B) dowolnymi środkami). Każda ścieżka ma udział fazowy, a wszystkie nierozróżnialne ścieżki są sumowane. Większość ścieżek po prostu znosi się nawzajem, ale niektóre konstruktywnie przeszkadzają, tworząc duży udział (jeśli nie znasz QM, amplituda prawdopodobieństwa podniesiona do kwadratu jest prawdopodobieństwem opisanego zdarzenia, więc duży udział oznacza, że ten wynik najprawdopodobniej wystąpi). BARDZO dobry obraz i opis tego procesu znajduje się w Feynman – QED The Strange Theory of Light and Matter (jak napisałem w powyższym komentarzu).
W przypadku reflektora występuje duży udział pod klasycznym kątem odbicia (znowu prawo Snella). Zwróć uwagę na podobieństwo między tym sformułowaniem (zwanym podejściem całkowym po ścieżce) a półklasyczną zasadą opisaną powyżej; to oczywiście nie jest zbieg okoliczności.
Również, aby pokrótce odejść od twojego domniemanego pytania o niezerowy czas „odbicia” per atom – mówiąc, że orbita elektronu pochłania energię fotonu ponowne wysłanie go po czasie różnym od zera jest oczywiście również niewielkim uproszczeniem. W rzeczywistości elektron oddziałuje z fotonem, zmienia nieco jego pęd, ponownie emituje (wchodzi w interakcję) z nowym fotonem i ponownie zmienia jego pęd. Ten proces rozpraszania zachodzi we wszystkich dozwolonych momentach i chwilach pośrednich, które są następnie nakładane jak powyżej, a zatem nie jestem pewien, czy sensowne jest mówienie o jakimkolwiek odczuwalnym czasie odbicia. Zwróć uwagę, że to rozpraszanie w praktyce bardzo różni się od rozpraszania, które może wzbudzić elektron na inną orbitę.
Komentarze
- Ach, ciekawe. Myślę, że ostatni akapit był prawdopodobnie najbardziej pomocny. A ponieważ wciąż czytam wszystkich, wydaje mi się, że przejrzenie przemówień i publikacji pana Feynmana ' to dobry sposób, aby dowiedzieć się więcej o QM w ogóle. : D
Odpowiedź
Właściwie uważam, że odbicie fali jest łatwiejsze niż odbicie cząstki: powiedzmy, że mają ośrodek, w którym fala może się łatwo rozchodzić, to znaczy jej amplituda może się swobodnie zmieniać, wypełniając pewnego rodzaju równanie falowe. Można to sobie wyobrazić jako sekwencję oscylatorów, gdzie każdy z nich zawsze przekazuje swoją energię następnemu.
Jeśli teraz ustawimy ceglany mur na drodze fali, po prostu utworzymy obszar, w którym nie ma oscylatorów do przejęcia energii lub jest ich znacznie mniej. Co więc robi fala? Nie może iść w pierwotnym kierunku, nie ma sposobu, aby pozbyć się energii. Więc oscylatory mają nie ma innego wyjścia, jak tylko wysłać energię z powrotem przez medium.