На этом сайте есть связанный с этим вопрос: Почему стекло прозрачное? Это объясняет, что стекло прозрачно, потому что атомы в стекле имеют очень большую разницу энергий между энергетическими уровнями, а фотонам видимого света не хватает энергии, чтобы возбудить электроны с одного энергетического уровня на другой. Принимая во внимание, что электроны в атомах большинства других веществ могут быть возбуждены, поэтому фотон поглощается. Но мой вопрос: почему эти возбужденные электроны не возвращаются на свой первоначальный энергетический уровень и не испускают фотон в том же направлении, в котором двигался первоначальный фотон, позволяя свету проходить через объект? Редактировать: раньше я не осознавал, что этот же вопрос задавался раньше на этом сайте: почему не все объекты прозрачны?Итак, я немного уточню свой вопрос. Ответы на связанный вопрос говорят, что энергия возбужденного электрона теряется, поэтому свет переизлучается в виде волн с большей длиной волны, которые мы не можем видеть. Я хотел бы знать, как именно электрон теряет эту энергию. Один ответ на связанный вопрос гласит, что энергия теряется из-за колебаний решетки, но я хотел бы знать, как именно возбужденный электрон, все еще связанный с атомом, может передавать свою энергию колебаниям решетки.
Когда атом или молекула поглощают фотон, они входят в возбужденное состояние; каждое возбужденное состояние имеет среднее время жизни.
Когда атом или молекула возвращаются в основное состояние, они могут излучать фононы (вибрации) или могут распадаться на несколько уровней; в этом случае есть несколько фотонов с разными длинами волн.
В случае, когда поглощенный и испущенный фотоны имеют одинаковую длину волны, новый фотон испускается в случайное время и в случайном направлении.
Таким образом, происходит четыре вещи, которые разрушают изображение: потеря фотонов, которые преобразуются в вибрации (тепло), изменяют цвет (длина волны) или становятся невидимыми (инфракрасное излучение), задержки во времени, которые нарушают когерентность изображения. (похоже на волнистое зеркало или воду) и случайные направления.
Последние, случайные направления, быстро разрушают интенсивность передаваемого изображения, порождая случайный фон.
Для тех, кому интересно, как прозрачная среда передает изображение и почему свет замедляется внутри (но возобновляет скорость, когда выходит), я повторил свой предыдущий ответ на этот вопрос:
Прозрачные материалы (стекло, воздух) передают изображения; если изображение искажено или нечетко, мы знаем, что материал изменяет когерентность оптической информации. То есть то, что началось в начале, не произошло одновременно. При достаточном искажении изображение полностью теряется.
Так что же требуется для того, чтобы прозрачная среда успешно передала изображение? Поскольку свет представляет собой физическую волну, прозрачная среда должна сохранять когерентность фазовой информации света. В типичном стекле фазовый фронт немного замедляется при прохождении через стекло; это замедление закодировано в показателе преломления, .
Если материал поглощает некоторые частоты, он будет казаться окрашенным; поглощенный фотон (в зависимости от структуры энергетического уровня) может быть повторно излучен, но это произойдет (а) в случайное время позже и (б) в случайном направлении. Нет изображения для этого цвета! Есть исключение: вынужденное излучение, которое является ключом к созданию лазера. Но это не то, как изображения передаются в пассивном материале.
Процесс передачи изображений можно охарактеризовать как когерентное прямое рассеяние: когерентный, поскольку в противном случае снижается целостность изображения; Вперед, потому что изображение передается в этом направлении, через материал; и Рассеяние, оставшийся доступный обобщенный механизм на квантовом уровне.
Результат очень похож на модель вейвлета Гюйгена для передачи света: фотоны — это волны, которые рассеиваются когерентно, и, поскольку это когерентно, они могут интерферировать как конструктивно, так и деструктивно, чтобы поддерживать когерентность всего фазового фронта.
Именно интерференция замедляет фазовую скорость в материале; отдельные фотоны продолжают «двигаться» со скоростью света, , но эффективное движение фазового фронта замедляется.
Ричард Фейнман уделяет этому некоторое время в своих лекциях о КЭД: странная теория света и материи.
Ваймс
Кайл Канос