No modelo de luz de Newton como sendo composto de partículas, é fácil imaginar a reflexão como sendo a repercussão de corpúsculos individuais em uma superfície. No entanto, como a luz também pode se comportar como uma onda, ela representa um desafio para visualizar a reflexão.
Como uma onda reflete em uma superfície, seja ela especular ou difusa? A onda deve ser absorvida primeiro e depois reemitida? Ou existe um mecanismo diferente?
Comentários
- Esta pergunta discute reflexão e refração por eletrodinâmica quântica: physics.stackexchange.com / q / 2041
- @Bjorn: Então, pelo que entendi, os fótons são de fato absorvidos e reemitidos durante a reflexão. Por que, então, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão? Logicamente, deve haver uma quantidade finita de tempo em que o elétron retém a energia. Quando é irradiado, por que não é em uma direção aleatória?
- Eles ' não são irradiados aleatoriamente por causa da interferência. Lembro-me de uma boa discussão de Feynman sobre isso (acho que na segunda de suas palestras públicas de QED ) – acabei de olhar o tópico @Bjorn vinculado a e Feynman ' s QED é a referência principal aqui.
- @ Simon, @ voithos: Sim e não, eles estão realmente espalhados ao acaso, mas em uma superposição de todas as direções possíveis . O princípio da superposição quântica então, por interferência, seleciona a direção refletiva (não aleatória) como o principal resultado clássico (de longe o mais provável). Isso é descrito de uma maneira MUITO boa na leitura completamente essencial: " Feynman – QED A estranha teoria da luz e da matéria. "
- @Bjorn: Verdade, eu deveria ter sido mais cuidadoso em meu comentário!
Resposta
Vou apenas seguir em frente e anotar isso, embora já tenha sido abordado no outro tópico .. mas eu não postei lá, então 🙂
Primeiro, se você pensar na luz como uma onda (escalar) (que é realmente uma forma semi-clássica de pensar, mas pode ser o suficiente para responder à sua pergunta), você pode invocar o princípio de Huygen-Fresnel que, neste caso, se resume a considerar cada ponto na superfície refletora como um origem de uma onda esférica reemitida com uma fase inicial diretamente relacionada à fase que o ponto obteve da frente de onda incidente.
A superposição dessas frentes de onda, depois de deixá-las interferir destrutivamente uma com a outra, será para uma nova frente de onda combinada que se propaga de acordo com a lei de Snells (ângulo de incidência = ângulo de refletância). Veja esta imagem para a ilustração correspondente de refração (que é muito semelhante, não consegui encontrar rapidamente uma boa imagem de reflexão):
Agora, a luz realmente “não se comporta” às vezes como uma partícula, às vezes como uma onda “. É sempre detectado como quanta (partículas), mas as amplitudes de probabilidade (fases) se propagam em forma de onda. Uma forma de expressar a propagação é dizer que um fóton é meio que dividido e segue todos os caminhos possíveis entre A e B (ou, no caso de um refletor, de A a qualquer ponto do refletor e daí para o ponto B por qualquer meio). Cada caminho recebe uma contribuição de fase e todos os caminhos indistinguíveis são somados. A maioria dos caminhos está simplesmente cancelando uns aos outros, mas alguns interferem construtivamente, criando uma grande contribuição (caso você não saiba QM, a amplitude da probabilidade ao quadrado é a probabilidade do evento descrito, então uma grande contribuição significa que este resultado provavelmente ocorrerá). Há uma imagem e descrição MUITO boas desse processo em Feynman – QED The Strange Theory of Light and Matter (como escrevi no comentário acima).
No caso do refletor, a grande contribuição ocorre no ângulo clássico de refletância (lei de Snell novamente). Observe a semelhança entre esta formulação (chamada de abordagem integral do caminho) e o princípio semiclássico esboçado acima; isso não é uma coincidência, é claro.
Também para fazer uma breve digressão sobre sua questão implícita sobre o tempo de “refletância” diferente de zero por átomo – dizendo que uma órbita de elétrons absorve a energia do fóton por um tempo o reemite uma vez diferente de zero mais tarde, é claro também uma ligeira simplificação. Na realidade, o elétron interage com o fóton a, muda seu momento um pouco, o reemite (interage) com o novo fóton e muda seu momento novamente. Este processo de espalhamento ocorre em todos os momentos permitidos e tempos intermediários, que são então todos superpostos como acima e, portanto, não tenho certeza se é significativo falar sobre qualquer tempo apreciável de refletância. Observe que esse espalhamento é, na prática, muito diferente do espalhamento que pode excitar o elétron para outra órbita.
Comentários
- Ah, interessante. Acho que o último parágrafo foi provavelmente o mais útil. E, conforme eu leio para todos, parece que consultar as palestras e publicações do Sr. Feynman ' é uma boa maneira de aprender mais sobre QM em geral. : D
Resposta
Na verdade, considero o reflexo de uma onda mais fácil do que o reflexo de uma partícula: digamos que possuem um meio no qual a onda pode se propagar facilmente, ou seja, sua amplitude pode variar livremente, preenchendo algum tipo de equação de onda. Você pode imaginá-lo como uma sequência de osciladores, onde cada um deles sempre passa sua energia para o próximo.
Se agora colocarmos uma parede de tijolos no caminho da onda, basicamente criaremos uma região onde não há, ou muito menos, osciladores para assumir a energia. Então, o que a onda faz? Ela não pode continuar na direção original, não há como se livrar da energia. Então, os osciladores têm nenhuma escolha a não ser enviar a energia de volta pelo meio.