Почему я вижу бриллиант?

Таким образом, алмаз имеет ширину запрещенной зоны ≈ 5 эВ. Если это слишком много для видимого света ≈ 1,6 эВ поглощается, а затем проходит прямо через алмаз.

Хотя, я все еще вижу алмаз. Я знаю, что при прохождении света происходит изменение показателя преломления. Если видимый свет не взаимодействует с алмазом, то как он отражается от поверхности?

введите описание изображения здесь

Возможный дубликат: physics.stackexchange.com/q/43361
Дублируйте физику.stackexchange.com/q/7437 , где объясняется, что свет взаимодействует с прозрачным материалом.
Имейте в виду, что это бриллиант — огранка, специально разработанная для создания множества преломлений, которые в сумме создают красивый блестящий драгоценный камень. Если бы вы сделали плоскость из идеального алмаза (удачи), она была бы более «невидимой», чем стекло. Обратите внимание, что подобные вырезы также используются на стекле с похожими (хотя и очень разными) эффектами.
Через? Да. Прямой? Нет.
То, что кажется на вашем изображении, представляет собой коллаж из изображений вещей вне алмаза, и вы делаете вывод о присутствии алмаза на основании этого сложного коллажа. Различные изображения возникают в результате преломлений и полных внутренних отражений на поверхностях алмаза с рисунком, зависящим от углов этих поверхностей.

Ответы (4)

Свету не нужно заставлять электроны внешней оболочки преодолевать всю запрещенную зону, чтобы взаимодействовать с ними. Электроны могут быть возбуждены до виртуальных состояний, откуда испускаются фотоны с той же энергией и импульсом. Таким образом, хотя верно то, что потери на поглощение для чистого алмаза очень малы, как вы правильно поняли, из-за этого взаимодействия возникает фазовая задержка, как я обсуждаю далее в этом ответе здесь .

У алмаза эта фазовая задержка велика: показатель преломления алмаза для видимого света составляет около 2,4. Таким образом, вы видите все эффекты сильной разницы между показателями преломления алмаза и воздуха вокруг него: вы видите, как алмазная пластина сдвигает проходящий свет вбок относительно фона, вы видите сильное зеркальное отражение от поверхностей (коэффициент отражения по мощности составляет около 17% для алмаза), а для белого света вы видите сильную дисперсию на цвета для скользящих отражений и передач.

этот аргумент звучит для меня немного странно; в конце концов, причина, по которой показатель преломления равен 2,4, а не 1, заключается в том, что существует взаимодействие .
@hyportnex Разве это не ответ - взаимодействие, вызывающее фазовую задержку, является причиной того, что вы видите бриллиант, а показатель преломления - это просто оценка степени эффекта. Я говорю это, или, по крайней мере, это то, что я хочу сказать.
@WetSavannaAnimalakaRodVance Вы даете классическое объяснение. На фотонном уровне электромагнитные вершины означали бы изменение частоты и потерю фаз, если действительно существуют поглощение и переизлучение, если только это не упругое рассеяние. Прозрачная решетка является макроскопическим проявлением квантово-механического состояния, и отдельные фотоны взаимодействуют со всей решеткой, имхо. Можно сказать, что «электроны могут быть...», но это создает впечатление взаимодействий на индивидуальном уровне, который должен быть небольшим, чтобы решетка была прозрачной.
@annav "отдельные фотоны взаимодействуют со всей решеткой, имхо"; на самом деле они это делают, как я утверждаю в последних частях ответа, на который я ссылаюсь. Хотя объяснение часто упрощают, подразумевая, что отдельные электроны действуют последовательно. Это все же подразумевает фазовую задержку.

Мое мнение:

Фотоны имеют волновую функцию, которая несет информацию об электрическом и магнитном полях, которая является решением квантованного уравнения Максвелла. Таким образом, между фотонами существуют фазы, и суперпозиция снова представляет собой волновую функцию, которая макроскопически создает электрические и магнитные поля. У Lubos Motl есть запись в блоге о том, как это происходит на уровне QFT.

Когда фотон сталкивается с граничным условием, могут произойти три вещи: а) он может упруго рассеиваться, что означает, что он сохраняет свою частоту, но меняет угол, б) он может рассеиваться неупруго, что означает, что он меняет частоту, или в) он может поглощаться при повышении энергетического уровня электрона (в решетке, в молекуле, в атоме) излучается другой фотон и фазы теряются.

Для отражающей поверхности, на которой сохраняются изображения, происходит а): все фазы возникающего ансамбля фотонов остаются нетронутыми.

Для непрозрачной поверхности в) бывает

Для прозрачной решетки это по-прежнему а). Фотон упруго взаимодействует с решеткой, фазы в ансамбле остаются когерентными, и, таким образом, мы видим сквозь стекло. Это рассеяние «фотон + решетка» на индивидуальном уровне, но для того, чтобы среда была прозрачной , возникающий ансамбль фотонов должен сохранять когерентность. Фазы изменяются когерентно в квантово-механическом решении, иначе не было бы прозрачности

В бриллианте есть отражающие поверхности, которые рассеивают часть света назад, изображения искажаются, но информация о фазе остается когерентной.

б) это случай, когда цвета меняются, если рассеяние происходит на всей решетке и можно сохранить фазовую когерентность.

Соотношения Крамерса-Кронига связывают действительную часть диэлектрической проницаемости ϵ р ( ю ) к мнимой части ϵ я ( ю ) [или действительный и мнимый показатель преломления, н р ( ю ) а также н я ( ю ) ], т. е. фазовая скорость света в кристалле на данной частоте к поглощающим свойствам во всем диапазоне частот. Таким образом, высокий показатель преломления алмаза в видимой области связан с полосами поглощения в УФ-области, связанными с шириной запрещенной зоны.

Мне нравится такой взгляд на вещи - очень оригинальный и правильный!
Я не верю этому аргументу. Соотношения Крамерса-Кронига говорят вам, что у вас не может быть дисперсии , т.е. ϵ р ( ю ) / н р ( ю ) , как функция частоты, не имея ненулевого поглощения, и наоборот. (и, кроме того, их 1 / Δ ю подынтегральная функция говорит вам, что они не могут быть очень далеко друг от друга.) Однако константа н знак равно р е ( н ) знак равно н 0 > 1 также является аналитической функцией ю , а также согласуется с соотношениями Крамерса-Кронига.
Анализ Крамерса-Кронига является распространенным инструментом для связывания измеренного показателя преломления с коэффициентом экстинкции (или связанными связанными переменными) или наоборот при исследовании оптических свойств твердых тел. Здесь вы найдете, в частности, некоторые из многих исследований с использованием соотношений Крамерса-Кронига для анализа оптических свойств именно алмаза: Phillip HR и Taft EA, Phys. Откр. 127, с. 15 (1962)
@Emilio Pisanty - Продолжение: Sobolev et al. Оптика и спектроскопия 88, 2, 217 (2000) Соотношения Крамерса-Кронига зависят только от предположения о причинности и линейности и в целом справедливы. И они связывают связанные величины также на разных частотах. Интересно, какую частотную зависимость коэффициента экстинкции вы получите из предполагаемой (нефизической) константы n. Может быть, вы будете удивлены.
То, что говорит @EmilioPisanty, не говорит против KK. Мы с вами забываем, что они приведут вас только к аналитической функции по модулю константы. Я думаю, что по-прежнему верно то, что зависящие от длины волны потери в алмазе действительно влияют на дисперсию в видимом диапазоне, но Эмилио делает хорошее замечание о форме подынтегральной функции: я поищу исследование границ вариаций, допускаемых КК. Возможно, что количество видимой дисперсии, связанной с областью поглощения, хотя теоретически она существует, на практике пренебрежимо мала. Я все еще говорю, что у вас отличная линия расследования ...
... изучить этот вопрос с прекрасным пониманием, и строгий ответ, основанный на ваших идеях, все еще может быть возможен.
@WetSavannaAnimalakaRodVance Да, но имейте в виду, что «рассеивание» не означает « н > 1 ", это означает д н д ю ≠ 0 .
@freecharly В цитируемых вами документах используется один тип данных для расчета других оптических функций - в том же спектральном диапазоне или с незначительным расширением. Иногда вы можете экстраполировать, но только с учетом заранее установленных предположений о поведении материала, и это обман в том, что касается ответа на ОП.
Точно так же вы утверждаете, что константа н > 1 является «нефизическим», но вы не приводите никаких причин для этого. Обычные материалы этого не делают, но это не значит, что это запрещено, и действительно, это полностью согласуется как с линейностью, так и с причинно-следственной связью. На самом деле, у KKR есть еще одно предположение, что х исчезнуть как 1 / ю на свободе ю , и (хотя это обычное дело) я не понимаю, почему физичность требует исчезающей восприимчивости на больших частотах. И, в любом случае, вы можете просто иметь плоское плато и довести затухание до нуля до сколь угодно высоких частот.
В конечном счете, однако, ваш ответ в том виде, как он сформулирован, является «правильным»: показатель преломления в видимом диапазоне «связан» с поглощением в УФ, в основном потому, что они являются частями одного и того же спектра, и (как аналитическая функция) каждая часть это связано с любой другой частью. Однако, когда вы закончите ослаблять свои утверждения настолько, чтобы сделать их строго истинными, у вас будет утверждение, касающееся этого мягкого (или вы привнесете новую физику через другие предположения).

Электрическое поле ЭМ волны сильно взаимодействует с электронами. Лучший способ получить интуицию — рассматривать их как осцилляторы Лоренца. В алмазе они имеют резонансные частоты выше 5 эВ, поэтому они будут реагировать не в фазе для видимого света. Это приводит к возникновению рассеянных волн, которые добавляются к падающей волне, давая фазовую скорость ниже, чем с .

Почему я вижу бриллиант?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v