Я изучал волновую теорию Гюйгенса. Но Гюйгенс предположил, что свет — это волна в «эфире», которая, как мы знаем, не существует. Свет — это в основном электромагнитная волна. Поэтому я хочу понять, как свет на самом деле взаимодействует с материей как фотон и как волна, вызывая отражение и преломление. Я хочу понять, почему угол падения и угол отражения одинаковы. Почему скорость света уменьшается в оптически более плотной среде? И какое это имеет отношение к изменению угла преломления?
Я знаю, что когда фотон падает на атом, он переводит электрон на орбиту с более высокой энергией, а когда электрон снова падает на орбиталь с более низкой энергией, он испускает фотон. Но почему направление входящего фотона и вылетающего фотона должно совпадать? Что происходит в случае рефракции?
Распространение света в веществе обычно рассматривается как электрическая волна в среде с диэлектрической проницаемостью, отличной от вакуума. Такова волновая картина, и она не зависит от «светоносного эфира». Условие отражения на плоской поверхности происходит из-за поляризации в среде, что приводит к возникновению двух исходящих волновых решений, одного внутри среды и одного снаружи. Если диэлектрическая проницаемость очень высока (например, в металле ниже плазменной частоты), энергия отражения составляет 100% от падающей волны.
Картина частиц состоит в том, что фотоны, проходящие через кусок стекла, рассеиваются во множестве мест (каждый атом), и рассеяние в основном направлено вперед, но с временной задержкой (или, если хотите, фазовым сдвигом, который создает групповую задержку). Когда фотоны имеют большую длину волны по сравнению с размером атома, центры рассеяния не имеют значения (многие атомы перекрывают каждый отдельный фотон), а только задержка. Для рентгеновских лучей центры рассеяния вызывают дифракционные пики, а не только «преломление», конечно. Мне непонятно, как можно моделировать дифракцию фотонами как частицами.
Никогда не думайте, что фотон «возбуждает электрон на орбиталь с более высокой энергией» в прозрачных средах, это электронное поле, которое изменяет орбитали внутри атома. Обычно это называют эффектом Штарка.
Поляризация атомов, да; электроны, совершающие прыжки по орбите, нет. Я не буду учитывать эффект Зеемана (магнитный), потому что значительное магнитное взаимодействие редко встречается в прозрачных материалах.
Углы и коэффициенты отражения и преломления в картине частицы определяются сохранением энергии и импульса, при этом фотон в среде имеет некоторую массу. Угол падения, равный углу отражения, является тонким следствием обратимости времени и симметрии.
На обоих рисунках ответы одинаковы: свет замедляется, потому что материал включает в себя заряды, которые могут быть смещены, атомы, которые могут стать диполями, и в основном работа, выполненная при этом смещении или поляризации, не поглощается, а после волна возвращается с небольшой задержкой.
В случае отражения с равными входящими и исходящими углами речь идет о статистических процессах. Очевидно, что при упругом рассеянии энергия и импульс участвующих фотонов приводят к этому углу отражения. Реальное поведение одиночных фотонов — другое дело по некоторым причинам:
Возможно, это не все граничные условия. Более важным является утверждение, что этот закон зависит от материала и чистоты поверхности зеркал и длины волны света, который должен быть отражен. Для разных длин волн или других материалов или не полированных поверхностей ожидаемого результата не получить.
Короче говоря, иногда отражение идеально в статистическом смысле и ведет себя как неупругое рассеяние.
Есть случай, когда равные углы больше не выполняются. Под некоторым углом исходящий свет поляризуется, и это асимметрия, и неупругое рассеяние не может быть более точной моделью.
Лелуш
Апурв Потнис
Лелуш
Лелуш
Апурв Потнис
Лелуш
УКХ
ГЛС
ГЛС