Почему фотоны отражаются от стекла?

В классической электродинамике процесс того, сколько света преломляется, проходя через стекло, и сколько света отражается, определяется принципом Гюйгенса-Френеля.

Этот принцип, названный в честь Христиана Гюйгенса и Огюстена-Жана Френеля, представляет собой метод анализа моделей распространения волн света, особенно при дифракции и преломлении. В нем говорится, что каждая свободная точка на фронте волны излучает вторичные сферические волны во всех направлениях. Следовательно, чистая амплитуда света в данной точке представляет собой векторную сумму всех амплитуд волн в этой точке. Этот принцип делает его очень полезным для визуализации того, что происходит во время дифракции света.

Хотя, как говорит Алекс в своем ответе, вы можете использовать подход QFT, я хотел бы предоставить альтернативный ответ, используя классические (не квантовые) рассуждения. Просто мне так проще, во всяком случае, понять :), и, надеюсь, ответить.

Из Википедии: Уравнения Френеля

В классической электродинамике свет рассматривается как электромагнитная волна, которая описывается уравнениями Максвелла. Световые волны, падающие на материал, вызывают небольшие колебания поляризации в отдельных атомах (или колебания электронов в металлах), в результате чего каждая частица излучает небольшую вторичную волну во всех направлениях, как дипольная антенна. Все эти волны в сумме дают зеркальное отражение и преломление в соответствии с принципом Гюйгенса-Френеля.

В случае диэлектриков, таких как стекло, электрическое поле света воздействует на электроны в материале, а движущиеся электроны создают поля и становятся новыми излучателями. Преломленный свет в стекле представляет собой комбинацию прямого излучения электронов и падающего света. Отраженный свет представляет собой комбинацию обратного излучения всех электронов.

При переходе света из среды с данным показателем преломления n1 во вторую среду с показателем преломления n2 может происходить как отражение, так и преломление света. Уравнения Френеля описывают, какая часть света отражается, а какая преломляется (т. е. передается). Они также описывают фазовый сдвиг отраженного света.

Падающий свет поляризован так, что его электрическое поле перпендикулярно плоскости, содержащей падающий, отраженный и преломленный лучи. Эта плоскость называется плоскостью падения; это плоскость диаграммы ниже. Свет называется s-поляризованным. Падающий свет поляризован, его электрическое поле параллельно плоскости падения. Такой свет называют р-поляризованным.

Падающий световой луч IO падает на границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 в точке O. Часть луча отражается как луч OR, а часть преломляется как луч OT. Углы, которые составляют падающие, отраженные и преломленные лучи к нормали к границе раздела, задаются как θi, θr и θt соответственно.

Связь между этими углами определяется законом отражения и законом Снеллиуса:

Доля падающей мощности, которая отражается от границы раздела, определяется коэффициентом отражения или коэффициентом отражения R, а доля преломляемой мощности определяется коэффициентом пропускания или пропускания T (не связанным с передачей через среду).

Если вы можете следовать математике, в основном просто тригонометрии, вы можете получить пропорцию света, проходящего через стекло, и пропорцию, которая отражается, здесь:

Коэффициенты преломления и отражения

Нелегко, по крайней мере для меня, сразу найти ответ на свой вопрос на основе КТП, так как большинство объяснений КТП, кажется, имеют дело с зеркалами и тем, как они отражают свет, а не объясняют, как некоторые проходят через стекло, а некоторые отражают (как и в вашем конкретном вопросе), но хорошее объяснение, которое в основном является копией книги Феймана, можно найти здесь:

Отражение света

Просто мысль. Это связано с тем, что атомы различных веществ, таких как вода, стекло, дерево и т. д., по-разному искривляют пространство-время и, таким образом, влияют на то, как фотоны взаимодействуют с материей? т.е. некоторые фотоны отражают, а некоторые преломляют.

Я бы сказал нет на это рассуждение, пространство-время недостаточно искривлено в стеклянной пластине, чтобы иметь значительный эффект.

Но я хочу знать, если падающий фотон не может возбудить электрон, то почему не все фотоны проходят через стекло? т.е. фотоны не должны отражаться от стекла, все фотоны должны проходить сквозь стекло.

Хотя я не знаю точных деталей отражения от стекла (насколько я помню, это связано с физикой твердого тела, с плазмоном и подобными псевдочастицами), это я знаю.

Хотя отдельные атомы принимают только определенные энергетические уровни, в целом это неприменимо по нескольким причинам:

• Самой основной является неопределенность времени-энергии,$\Delta t \Delta x \geq \hbar/2$. Все энергетические уровни будут принимать с некоторой вероятностью энергии, очень близкие к их собственным.
• Эффект Доплера проявляется при температурах$> 0 K$, так как атомы будут двигаться. С их точки зрения энергия входящего фотона будет смещена в красную или в синюю сторону, следовательно, с внешней точки зрения их энергетические уровни будут смещаться. Поскольку этот эффект представляет собой распределение вероятностей, это еще больше увеличивает диапазон энергий, которые материал может поглощать.
• Атомы, взаимодействующие друг с другом, создадут новые энергетические уровни. Самый простой пример состоит в том, что два связанных вместе атома водорода удваивают каждый энергетический уровень, причем новые уровни соответственно немного выше и немного ниже уровней свободного атома. В больших твердых телах это может, в сочетании с предыдущими эффектами, привести к созданию непрерывных энергетических зон.
• Возможно, в стекле дело обстоит иначе, но в некоторых твердых телах самые внешние электроны можно рассматривать как свободные и, следовательно, на самом деле не имеющие энергетических уровней.

Вместо того, чтобы думать об этом детерминистически, подумайте об этом с точки зрения вероятности отражения фотона. Эти вероятности можно рассчитать с помощью квантовой электродинамики. Ознакомьтесь с этой серией лекций Ричарда Фейнмана для подробного объяснения. https://www.youtube.com/watch?v=eLQ2atfqk2c