Что ЕСТЬ отражение?

Как квантовая электродинамика на самом деле объясняет, КАК происходит отражение в микроскопическом масштабе?

Обратите внимание, что серии лекций / книги Фейнмана по КЭД недостаточно, поскольку он только предполагает, что свет ДЕЙСТВИТЕЛЬНО отражает («поворачивается и возвращается»), чтобы изложить свою теорию интеграла по путям. Мой вопрос в том, почему свет вообще имеет склонность поворачиваться.

Просто ли это поглощение и переизлучение фотонов, и если да, то почему оно происходит так равномерно (т.е. на блестящем предмете почти идеально отражаются целые сцены). В сущности, почему плоские вещи блестят? Все ли молекулы расположены под одинаковым углом?

Связано: physics.stackexchange.com/q/32483/2451 и ссылки в нем.

Ответы (2)

процесс когерентный — один и тот же фотон отражается сразу от всех атомов, и вы получаете конструктивную интерференцию только тогда, когда угол отражения равен углу падения. Условие состоит в том, что поверхность гладкая по шкале длины волны света, так что свет может возбуждать каждый атом независимо и когерентно суммировать все их вклады. Это объяснение Фейнмана в КЭД, я думаю, вы просто неправильно поняли его, говоря, что отражение предполагается — он просто предположил повторное рассеяние, а затем показывает вам, что это происходит преимущественно в отраженном направлении.

Большое спасибо за это - очень поучительно. Однако что такое «отскок» или «рассеивание» (извините, это то, что я имел в виду под отражением, а не под всем процессом)? Почему это происходит? Является ли это поглощением и переизлучением рассеянного фотона (разумеется, всех атомов)?
@ user11657: Это поглощение фотона, за которым следует его более позднее испускание, вместе с нелогичным процессом, также допускаемым квантовой механикой, его испускания, а затем последующего поглощения. Испускание может происходить виртуально, тогда более позднее поглощение восполняет недостающую энергию.
Почему при зеркальном отражении отражаются все длины волн, тогда как при диффузном отражении поглощение некоторых длин волн происходит до излучения, так что отражающими являются только некоторые длины волн? Я предполагаю, что это потому, что последнее предложение вашего последнего комментария не сразу встречается на шероховатых поверхностях (почему?).
Пользователь @Pete спрашивает: «Простите меня за возможное недопонимание, но у меня сложилось впечатление, что поглощение и переизлучение КЭД были совершенно случайным процессом. Если это так, то как мы можем предсказать углы отражения? Кроме того, преломление через прозрачную среду показывает нам, что взаимодействие с материей действительно влияет на путь света. Опять же, переизлучение было бы трудно объяснить, как мы можем так точно предсказывать эти углы».
@Pete Нет, измерение в QED (и остальной части квантовой механики) является случайным. Отражение возникает из когерентного, унитарно (и полностью детерминистически) развивающегося чистого квантового состояния одного фотона, когда он взаимодействует со всей материей отражателя. На самом деле это становится чистой квантовой суперпозицией состояний свободного фотона и возбужденного вещества, при этом вся материя в поле его влияния является частью квантовой суперпозиции. Состояние одного фотона распространяется в соответствии с уравнениями Максвелла, поэтому уравнения Френеля применимы идеально. И они могут быть получены путем...
@Pete ... аргументы интеграла по путям в Фейнмане. Именно из этого развивающегося состояния мы вычисляем статистику измерений через наблюдаемые, но само состояние детерминировано.

Я думаю, что это правильный вопрос, поскольку он демонстрирует слабость КЭД. Во-первых, зеркало — это форма частичного измерения: море электронов в зеркале представляет собой проводник, устраняющий любое электрическое поле, параллельное зеркалу. Таким образом, падающий фотон может поддерживать только нормальное к зеркалу электрическое поле, и единственный способ сделать это — отразиться. Таким образом, измеряя часть свойств фотона (утверждая, что компонент равен нулю), зеркало навязывает поведение фотону.

Однако это полевое описание отражения. Поскольку КЭД предлагает решение для микромасштабного поля, его описание должно заменять отражение поля, а не полагаться на него. Другими словами, его суммирование нескольких путей предназначено для получения наблюдаемых свойств поля, поэтому он не может использовать эти свойства поля в качестве объяснения. Таким образом, КЭД должна описывать, как состояние фотона захватывается несколькими электронами в возбужденное состояние электрона, а затем впоследствии распадается на отраженный фотон. Я не знаю ни одного такого объяснения, и поэтому хотел бы услышать, есть ли у кого-нибудь такое объяснение.