În modelul de lumină al lui Newton ca fiind compus din particule, este ușor să ne imaginăm reflectarea ca fiind revenirea corpusculilor individuali de pe o suprafață. Cu toate acestea, deoarece lumina se poate comporta și ca o undă, ea reprezintă o provocare în vizualizarea reflecției.
Cum se reflectă o undă de pe o suprafață, indiferent dacă este vorba de reflexie speculară sau reflexie difuză? Unda trebuie mai întâi absorbită și apoi reemisă? Sau există un alt mecanism?
Comentarii
- Această întrebare discută reflectarea și refracția prin electrodinamică cuantică: physics.stackexchange.com / q / 2041
- @Bjorn: Deci, din ceea ce am înțeles, fotonii sunt într-adevăr absorbiți și reemisi în timpul reflecției. De ce, atunci, unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie? În mod logic, trebuie să existe o perioadă de timp finită pe care electronul o reține asupra energiei. Când este radiat, de ce nu este într-o direcție aleatorie?
- Ele ' nu sunt radiate la întâmplare din cauza interferenței. Îmi amintesc o bună discuție despre Feynman despre aceasta (cred că în a doua din prelegerile sale publice QED ) – tocmai m-am uitat la firul @Bjorn legat de și Feynman ' s QED este principala referință acolo.
- @ Simon, @ voithos: Da și nu, sunt într-adevăr împrăștiate la întâmplare, dar într-o suprapunere a tuturor direcțiilor posibile . Principiul suprapunerii cuantice apoi, prin interferență, selectează direcția reflectantă (non-aleatorie) ca principal rezultat clasic (cel mai probabil de departe). Acest lucru este descris într-un mod FOARTE bun în lectura complet esențială: " Feynman – QED Teoria ciudată a luminii și a materiei. "
- @Bjorn: Adevărat, ar fi trebuit să fiu mai atent în comentariul meu!
Răspuns
Voi continua și voi scrie acest lucru, deși este deja acoperit în celălalt fir .. dar nu am postat așa 🙂
În primul rând, dacă te gândești la lumină ca undă (scalară) (care este într-adevăr un mod de gândire semi-clasic, dar ar putea fi suficient pentru a răspunde la întrebarea dvs.) puteți invoca principiul Huygen-Fresnel care, în acest caz, se rezumă la a considera fiecare punct de pe suprafața reflectantă ca un originea unei unde sferice reemise cu o fază de pornire direct legată de faza pe care punctul a obținut-o de pe frontul de undă incident.
Suprapunerea acestor fronturi de undă, după ce le-ați lăsat să interfereze distructiv una cu cealaltă, se va ridica către un nou front de val combinat care se propagă conform legii Snells (unghiul de incidență = unghiul de reflectanță). Vedeți această imagine pentru ilustrarea corespunzătoare a refracției (care este foarte asemănătoare, nu am putut găsi rapid o imagine bună de reflexie):
Acum, lumina chiar nu „se comportă” uneori ca o particulă, alteori ca o undă ”. Este întotdeauna detectată ca cuantă (particule), dar amplitudinile probabilității (fazele) se propagă într-un mod asemănător undelor. O modalitate de exprimare a propagării este aceea de a spune că un foton este într-un fel împărțit și ia fiecare cale posibilă între A și B (sau, în cazul unui reflector, de la A la orice punct al reflectorului și apoi de acolo la punctul B prin orice mijloace). Fiecare cale primește o contribuție de fază și toate căile nedistinguibile sunt însumate. Cele mai multe căi se anulează pur și simplu, dar unele interferează în mod constructiv, creând o contribuție mare (în cazul în care nu știți QM, amplitudinea probabilității la pătrat este probabilitatea evenimentului descris, astfel încât o contribuție mare înseamnă că acest rezultat va apărea cel mai probabil). Există o imagine FOARTE bună și o descriere a acestui proces în Feynman – QED The Strange Theory of Light and Matter (așa cum am scris în comentariul de mai sus).
În cazul reflectorului, contribuția mare are loc la unghiul clasic de reflectanță (legea lui Snell din nou). Observați similitudinea dintre această formulare (numită abordare integrală a căii) și principiul semi-clasic subliniat mai sus; aceasta nu este o coincidență, desigur.
De asemenea, pentru a devia pe scurt întrebarea dvs. implicită despre timpul de „reflectanță” non-zero per atom – spunând că o orbită de electroni absoarbe energia fotonului pentru o vreme re-o emite o dată diferită de zero mai târziu este, desigur, și o ușoară simplificare. În realitate, electronul interacționează cu fotonul, își schimbă puțin impulsul, emite (interacționează) cu noul foton și își schimbă din nou impulsul. Acest proces de împrăștiere are loc la momente permise și la momente intermediare, care sunt apoi toate suprapuse ca mai sus și, prin urmare, nu sunt sigur că este semnificativ să vorbesc despre orice moment apreciabil de reflectanță. Observați că această împrăștiere este, în practică, foarte diferită de împrăștierea care poate excita electronul pe o altă orbită.
Comentarii
- Ah, interesant. Cred că ultimul paragraf a fost probabil cel mai util. Și, pe măsură ce citesc în continuare pe toată lumea, se pare că a căuta discuțiile și publicațiile dlui Feynman ' este o modalitate bună de a afla mai multe despre QM în general. : D
Răspuns
De fapt, consider că reflectarea unei unde este mai ușoară decât reflectarea unei particule: spunem noi au un mediu în care unda se poate propaga ușor, adică amplitudinea sa poate varia liber, îndeplinind un fel de ecuație de undă. Vă puteți imagina ca o secvență de oscilatoare, în care fiecare dintre ele își transmite întotdeauna energia către următoarea.
Dacă punem acum un zid de cărămidă în felul undei, în esență creăm doar o regiune în care nu există, sau mult mai puține, oscilatoare care să preia energia. Deci, ce face unda? Nu poate continua în direcția inițială, nu există nicio modalitate de a scăpa de energie. Deci oscilatoarele au nu aveți de ales decât să trimiteți energia înapoi prin mediu.