La ley de "igualdad de ángulos" de la refección en un espejo plano es un fenómeno macroscópico. Para decirlo en términos antropomórficos, ¿cómo saben los fotones individuales la orientación del espejo para rebotar en la dirección correcta?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
Según electrodinámica cuántica (QED) La luz puede ser considerada como un camino a lo largo de todo caminos. Sin embargo, las únicas trayectorias que no experimentan interferencia destructiva son las que se encuentran en la vecindad de las trayectorias con acción (tiempo) estacionaria (por ejemplo, mínima), que, en su caso, es la trayectoria de "ángulos iguales".
Recomiendo encarecidamente la lectura de Feynman's QED: La extraña teoría de la luz y la materia . En el enlace también encontrarás un enlace al vídeo.
Así que, con la QED en la mano, antropomórficamente, los fotones no necesitan saber a dónde ir, porque van a todas partes. :)
Nathan Feger
Puntos
7675
Cuando la luz incide en un material perfectamente reflectante, cada átomo del espejo absorberá y reemitirá fotones, pero como el átomo es una partícula puntual, reemitirá en todas las direcciones, como una fuente puntual coherente. La página web ley de los ángulos iguales en la reflexión especular es una consecuencia del hecho de que la fase de la radiación reemitida está estrechamente ligada a la fase local del haz entrante . El ángulo de incidencia determina la variación espacial de esta fase, y por tanto de las fases relativas de cada fuente esférica, que a su vez determinan la dirección en la que interferirán constructivamente.
Esencialmente, los átomos actúan como una matriz en fase como la de este applet añadir más fuentes mejora la colimación del haz de salida. Esto produce dos haces, uno de los cuales se refleja y otro que interfiere destructivamente con la onda entrante.
Alderete
Puntos
406
Hace poco escribí un entrada del blog sobre el tema, que cómo se reflejan los espejos en el nivel atómico - basado en este puesto . La mayor parte de tu pregunta ya ha sido tratada en el post de Physics.SE que he enlazado. De todos modos, aquí va...
En la electrodinámica clásica, el fenómeno se explica cuando se piensa que la luz está formada por campos eléctricos oscilantes. La luz entra, hace oscilar los dipolos atómicos (polarización) en el vidrio (al ser aislante, tiene dipolos) lo que a su vez hace que los dipolos emitan una radiación electromagnética que ha experimentado de la misma frecuencia pero con algún desplazamiento de fase ( $\pi/2$ ) respecto a la de la onda entrante, lo que hace que se retrase. Hay que tener en cuenta que las ondas electromagnéticas son emitidas por los dipolos en todas partes (no sólo a lo largo de la dirección de la onda entrante). Lo que ocurre es que los otros caminos que toma la luz interfieren destructivamente y se anulan entre sí. La radiación hacia adelante va junto con la onda y lo que se refleja hacia atrás es lo que se ve como luz reflejada al 4% (del vidrio).
Cuando la onda golpea la interfaz metal-vidrio (recuerde que la reflexión ocurre siempre que haya un desajuste del índice de refracción ), los átomos se agitan de un lado a otro. Pero, esta vez la onda electromagnética se desplaza a una fase de $\pi$ (debido a la conductividad de los metales) que hace que la radiación frontal interfiera destructivamente y, por lo tanto, la luz no pasa a través de los metales. Ahora bien, la radiación hacia atrás atraviesa el cristal, recibe unas ondas de pareja y así es como se ve la cara en el espejo.
Ahora, todo lo que he explicado hasta ahora puede ser intuitivo y también, puede satisfacerte, porque es la visión clásica, que es concebible. ¡¡¡Mala suerte!!! Eso no lo explica todo. No se puede hablar de la trayectoria de un solo fotón o de lo que un solo electrón hace en un átomo. Es una mezcla, una superposición de todas las probabilidades. Todo lo que se puede jugar, son las oportunidades que, cómo es probable que se refleje el material, etc. Además, como @Igor dice es un fenómeno colectivo. Un fotón puede hacer lo que quiera. Puede interactuar con todos los átomos a la vez, cualquier cosa. Así que, @aufkag tiene toda la razón. Y, esto es lo que ocurre. La luz toma el camino más corto (camino con tiempo mínimo) para llegar al detector. En el plano euclidiano 2D, eso geodésico es una línea recta.
Puede que te preguntes: "¿por qué no cambia la frecuencia?". Los paquetes discretos de energía de la luz (fotones), son o bien se absorbe en su totalidad, o simplemente se transmite sin alterar . Sólo se ve afectada la intensidad. Si fuera de otra manera (si la frecuencia cambiara), cuando se hacen experimentos en vidrio, se podría notar fácilmente que la color de la luz debería haber cambiado (el azul se convertirá en rojo y finalmente desaparecerá de nuestra vista, al pasar a la región del IR y del radio). Pero, eso no ocurre.
La suma de las trayectorias aportadas por todas esas flechas (que se construyen por el tiempo transcurrido) constituyen para producir la trayectoria recorrida por la luz. No me gusta resumirlo aquí. Pero, recomiendo encarecidamente ver Las conferencias QED de Feynman (especialmente el segundo vídeo, en el que explica sobre el Se adapta a de reflexión).
lionelbrits
Puntos
7026
Hay varias formas de enfocar esto. La luz visible es de unos 500 nm, mientras que los diámetros atómicos típicos son del orden de 0,5 nm para ser generosos ( La cita para el carbono es de 0,2 nm ). Así que desde este punto de vista no se pueden resolver las propiedades rugosas de la superficie. Sin embargo, cada átomo individual absorberá y reirradiará en función de los electrones que lo rodean, y los niveles de energía que ocupan los electrones dependen en gran medida del material (es estructura de bandas ). Por ejemplo, el vidrio deja pasar mucha luz visible porque no hay niveles de energía disponibles para que los electrones entren cuando absorben la luz visible, pero puede bloquear la luz ultravioleta porque esos niveles de energía están disponibles.
Además, al llegar a los rayos X la longitud de onda es lo suficientemente corta como para poder resolver los átomos individuales. Como los fotones de los átomos vecinos están significativamente desfasados, interfieren y en lugar de una bonita reflexión especular como la de un espejo, se obtienen fuertes mínimos y máximos de difracción. Esta es la base de Cristalografía de rayos X .
