Luz: Refracción y reflexión

Question

¿Por qué la luz a veces se refracta y otras se refleja? ¿Es posible predecir si la luz se reflejará o se refractará dados dos medios en los que la luz interactúa?

Answer 1

Supongo que se refiere a la luz visible.

Cuando un fotón interactúa con un átomo, pueden ocurrir tres cosas:

1. La dispersión elástica, el fotón mantiene su nivel de energía y cambia de ángulo

2. la dispersión inelástica, el fotón conserva parte de su energía y cambia de ángulo

3. absorción, el fotón cede toda su energía al átomo

Cuando la luz interactúa con el material, ocurren las tres cosas, sólo es diferente la proporción de las tres. En el caso del metal, la mayoría de los fotones se dispersan 1. elásticamente (reflexión especular) y sólo unos pocos se dispersan o absorben inelásticamente. En otros materiales, como una pared, la mayoría de los fotones se absorben (y se reemiten) y sólo unos pocos se dispersan elásticamente (reflexión difusa) o se dispersan inelásticamente.

Ahora bien, algunos materiales, como el vidrio, pueden hacer reflexión y refracción al mismo tiempo.

Ahora bien, en el caso de la reflexión y la refracción (con el vidrio), ambas son 1. dispersión elástica. Esta es la única manera de mantener el nivel de energía y la fase y el ángulo relativo de los fotones, y mantener una imagen de espejo.

Ahora bien, ¿cuál es la diferencia entonces entre cuando los fotones se reflejan o se refractan en el vidrio? Es el ángulo.

Pero, ¿por qué algunos fotones cambian de ángulo hacia atrás (vuelven al medio original), y por qué algunos fotones mantienen su ángulo de incidencia y se mueven en la misma dirección hacia delante?

Es la estructura reticular del vidrio. Cuando los fotones interactúan con la estructura reticular del vidrio, las ondas parciales de los fotones atraviesan el espacio entre los átomos (como en el caso del experimento de la doble rendija), y entonces las ondas parciales interfieren entre sí.

Esta interferencia puede ser destructiva, serán las direcciones donde los fotones no viajarán, y la interferencia puede ser constructiva, es decir la única dirección donde el fotón viajará.

Ahora los fotones se mueven realmente en todas las direcciones, pero se anulan en todas las direcciones excepto en la que el fotón va a viajar realmente. Esta será la dirección en la que la interferencia será constructiva. En todas las demás direcciones la interferencia será destructiva.

Ahora puedes seguir preguntando por qué algunos de los fotones viajan hacia atrás en el medio original, y por qué otros fotones viajan al nuevo medio.

Es QM, se trata de probabilidades, y de la estructura de la red. En el caso del vidrio, la estructura de la red es tal que el 96% de los fotones se refractan y el 4% se reflejan.