Видимый свет (~500 ТГц), а также гамма-лучи (~100 Гц) являются электромагнитным излучением, но мы можем отражать видимый свет, используя стеклянное зеркало, но не гамма-лучи. Почему это?
Посмотрите на электромагнитный спектр:
Видимые частоты имеют длину волны в микроны, метров.
Гамма-лучи имеют длину волны метры, пикометры.
В физике есть две основные системы: классическая система, включающая электродинамику Максвелла, механику Ньютона и теории производных, и квантово-механическая система, которая становится необходимой для малых расстояний и высоких энергий, где гамма (фотоны), электроны, атомы, нуклоны , решетки принадлежат.
Классическая электромагнитная волна возникает из миллионов наложенных друг на друга фотонов. Уравнения Максвелла очень хорошо описывают поведение световых лучей при рассеянии или отражении или вообще при взаимодействии для макроскопических расстояний и малых энергий. Отражение, как правило, требует очень плоской поверхности, чтобы фазы отраженных волн сохранялись. В зависимости от материала классические лучи могут поглощаться, декогерентно отражаться от многих точечных источников или отражаться когерентно, если рассеяние является упругим (зеркала упруго и когерентно рассеивают падающий свет).
Однако гамма-лучи заставляют нас перейти на микроуровень из-за очень малой длины волны, которая описывает их как световой луч.
Нужно посмотреть на детали поверхности и на то, можно ли смоделировать классическую гладкую поверхность для классических отражений для гаммы, и ответ будет отрицательным.
Расстояние между атомами в большинстве упорядоченных твердых тел составляет порядка нескольких ангстрем (несколько десятых долей нанометра).
Для микронных длин волн (оптический свет) поля, созданные атомами с ангстремными расстояниями в решетке, кажутся гладкими и могут быть смоделированы классическим образом.
Гамма-лучи, рассматриваемые как классический световой пучок, с их пикометрическими длинами волн видят в основном пустое пространство между атомами твердого тела.
Альтернативный анализ, все еще в рамках квантовой системы, будет рассматривать фотоны, из которых состоит свет, и неопределенность Гейзенберга. в месте фотона. Для малых длин волн гамма-лучей фотоны видят в основном пустое пространство.
10^{-6)_10^{-6}Причина этого кроется в так называемой плазменной частоте металла зеркала. Металл, как вы, возможно, знаете, состоит из ряда атомных (фактически ионных) ядер — ядер вместе с некоторыми, но не всеми, их связанными электронами, — которые вносят оставшиеся внешние электроны своих несвязанных форм в общую структуру. общее «электронное море» — что-то вроде гигантской распределенной всенаправленной ковалентной связи, которая распространяется по всему металлическому кристаллу (здесь мы для простоты рассматриваем только один кристалл). Электроны квантуются по всему объему кристалла и фактически образуют своего рода «газ», который пронизывает металл.
Когда электромагнитная волна приближается к этому газу, свободные заряды внутри него — электроны — начинают колебаться, и при этом они создают другую волну, идущую наружу одновременно с входом первой. Это начинается, как только первая волна начинает сталкиваться.
Однако, если колебания волны достаточно быстрые, электроны не могут угнаться за ними из-за своей массы, и, следовательно, они не могут сформировать отраженную волну. Частота, при которой это происходит, называется плазменной частотой металла (и обратно пропорциональна квадратному корню из массы, так что частица с большой массой будет иметь более низкую плазменную частоту). Название происходит от того факта, что металл можно рассматривать в некотором смысле как своего рода «твердую плазму» - ионы со свободными электронами, отличие от того, что большинство людей считают «плазмой», здесь ионы не свободны. передвигаться по собственному желанию.
Отсюда:
http://www.wave-scattering.com/drudefit.html
плазменная частота для меди составляет около 2,0 Фгц, что соответствует длине волны около 150 нм в ультрафиолетовом диапазоне. Если вы подвергнете медь воздействию электромагнитных волн с частотой, намного превышающей эту, они пройдут прямо насквозь, поскольку электроны эффективно их игнорируют.
Упомянутая здесь идея о том, что фотоны «проходят» между атомами или «сквозь» их электронный пух, не совсем верна. Прозрачность проявляется задолго до того, как вы доберетесь до длин волн, меньших межатомного расстояния - например, их 150 нм примерно в тысячу раз больше межатомного расстояния для металла. Это правда, что если вы сделаете его таким маленьким, он технически «видит» структуру атомов в том смысле, что теперь они больше, чем радиус размытия (то есть размер, ниже которого объект будет казаться размытым и, следовательно, нечетким для наблюдателя). лучи из-за дифракции), но фактическая прозрачность достигается задолго до этой точки из-за этого эффекта.
Отражение вызвано тем, что электроны реагируют на электромагнитное поле, колеблясь с той же частотой. При этом они испускают излучение той же частоты, что и падающий свет, и это наблюдается как отражение. Это хорошо работает, если частота ЭМ близка к собственным частотам электронов. Когда частота очень высока, электроны просто слишком массивны, а силы, удерживающие их, недостаточно сильны (представьте себе массу на пружине), чтобы следовать электрическому полю. Таким образом, гамма-лучи могут проходить сквозь вещество.
Дубу
Мэтт
рубенвб
Фолькер Сигель