¿Luz realmente viajar a través del vidrio?

Question

Actualmente estoy leyendo acerca de las interacciones entre la luz y la materia, pero me siguen llegando a través de explicaciones contrapuestas.

Mi comprensión inicial (el uso de la electrodinámica clásica) fue que la luz (EM) de las ondas en realidad no viajar a través del cristal. En su lugar, son absorbidos por los átomos y/o a los electrones en el cristal, los cuales emiten nuevas ondas EM. El nuevo las ondas electromagnéticas emitidas por la energización de partículas que componen el avance de la radiación, que es la luz observada desde el otro lado del vidrio. Así que parece como si la luz viaja a través del vidrio, pero en realidad ser absorbida y re-emitida con (casi) las mismas propiedades.

El artículo ¿Cómo funciona la Luz Viaje a Través del Cristal? por Chad Orzel, basado en un trabajo relacionado, SE pregunta, confirma lo anterior:

Para entender la propagación de una onda a través de un medio, puede pensar de cada componente del medio– los átomos, en el caso de un vidrio bloque– como se establece en el movimiento por la onda entrante, y luego actuar como punto de origen de sus propias olas.

Pero una respuesta a una pregunta relacionada, Si la luz está formada por partículas, ¿cómo se hace pasar a través del cristal? los conflictos con el anterior:

los electrones en el cristal están estrechamente unidos a los átomos de modo que no son gratis para moverse como los electrones en un metal y por lo tanto no absorben los fotones.

Sé que el anterior, se refiere a la cuántica electrodinámica comprensión, pero creo que aún así los conflictos, como dice, que las ondas electromagnéticas no son absorbidos por los electrones en el cristal debido a que están muy estrechamente unidos a sus átomos.

También, la página de Wikipedia en la reflexión proporciona una pequeña explicación de la mecánica detrás de refracción en el vidrio, que tipo de conflictos con los dos de arriba:

En el caso de los dieléctricos, tales como el vidrio, el campo eléctrico de la la luz actúa sobre los electrones en el material, y el movimiento de los electrones generar campos y convertirse en los nuevos radiadores. La luz refractada en la el vidrio es la combinación de la radiación de los electrones y la luz incidente. La luz reflejada es la combinación de la hacia atrás de la radiación de todos los electrones.

Desde mi entender, las afirmaciones de que algunos de los que la luz es absorbida y re-emitida por los electrones (que los conflictos vinculados con la respuesta), y que el resto de la incidencia de la luz viaja a través del vidrio (hace el resto de la luz refractada) (que creo que los conflictos con el artículo vinculado, alegando que la luz es absorbida (aunque el artículo no técnicamente estado si todos los de la luz es absorbida y re-emitida, así que tal vez es donde voy mal(?))

Estoy seguro de que este es mi malentendido, así que estaría muy agradecido si pudiera claro que hasta para mí:

Cuando una onda de luz incide sobre una lámina de vidrio, de hacer que las partículas que componen el vidrio de absorber las ondas y re-emiten en la dirección de avance? O hacer las ondas de luz que logran viajar a través del cristal, sin ser absorbido y, a continuación, salir del vidrio?

Answer 1

La respuesta corta a la esencia de su pregunta,

hacer que las partículas que componen el vidrio de absorber las ondas y re-emiten en la dirección de avance? O hacer las ondas de luz que logran viajar a través del cristal, sin ser absorbido y, a continuación, salir del vidrio?

es que ambos procesos están en juego, aunque hay importantes matices involucrados en el término 'absorber'. La luz transmitida es producido por la interferencia de la original y el haz de la radiación producida por las excitaciones se produce en el interior del vaso, y es esta la interferencia que produce la fase adicional codificada en el vidrio de índice de refracción, y luego se filtra a la velocidad de fase y el cambio en la longitud de onda.

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A ver por qué este es el caso, entonces el mejor lugar para comenzar es con el macroscópico-electrodinámica descripción de la placa de vidrio, en la que el concepto esencial es el del cristal de la polarización de la densidad de $\mathbf P$. La electrodinámica es una teoría lineal, y se ve el problema de la propagación de la luz a través del cristal como una superposición de dos fuentes diferentes:

• la inicial del haz de luz, que está presente en la placa de vidrio así como más allá de ella, y
• la carga de las oscilaciones de ese primer rayo de luz que excita en el vidrio, que se dedica principalmente a emitir (porque en el fondo son un phased array) en el rayo inicial de la dirección.
• (También hay una superficie términos producido por aquellos a cargo de las oscilaciones, que producen reflexiones en las fronteras, pero voy a ignorar a la gente de aquí.)

El campo después de la placa de vidrio es producido por la interferencia de la inicial de la viga y de la radiación producida por la oscilación de los cargos dentro de la copa.

Sin embargo, aquí está lo importante: el vidrio puede hacer esto indujo a-oscilaciones-entonces-emisión juego sin absorber toda la energía en todo. En el estado estacionario, en el cargo de oscilaciones en el interior del vaso son exactamente 90° fuera de fase con el campo eléctrico que impulsa, lo que significa que la potencia neta que emiten, se está poniendo en, en cantidades iguales, por el conductor.

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Si quieres ir más allá y hablar de fotones, sin embargo, entonces usted necesita para ser un poco más cuidadoso. Si usted está pensando en la luz como un cuantificada objeto, entonces es un cuantificada objeto que está acoplado a la materia es viajar a través de: en otras palabras, es un conjunto de excitación de la EM campo y la carga de las oscilaciones que produce en el vidrio.

En esencia, entonces, el fotón brevemente se convierte en un polaritones mientras está en el vidrio ─ a pesar de que el término se suele reservar para situaciones con mucho más fuerte acoplamiento resonante de los niveles de energía donde hay una población considerable en los emocionado niveles de energía (o, más precisamente, una parte sustancial de la probabilidad de la amplitud de la excitación de cada individuo emisor a los niveles de energía) que lo que ocurre en la vida cotidiana de dispersión dieléctrica. En el vidrio, la probabilidad de excitación (es decir, la "probabilidad de que el átomo absorbe un fotón") es insignificante en cuanto a sus contribuciones a la energía interna de ir (por lo que a menudo se llama "virtual transición"), pero que la probabilidad de la amplitud contribuye a cargo de las oscilaciones que volver a dar forma a la fase de la viga sin alterar su amplitud.

Dicho esto, por supuesto, usted todavía necesita para proporcionar la inicial poco de energía para tomar esa pequeña población de los estados excitados, y esto es normalmente tomado desde el borde de ataque del pulso, mientras que el monocromática situación se establece ─ y, en general regresó al campo cuando el pulso de las hojas, mientras que el medio es transparente. (Hasta cierto punto, por supuesto - hay algunas estrictas restricciones sobre cómo dispersiva de un medio puede ser sin la absorción de energía. Sin embargo, hay un montón de medios de comunicación transparente, donde la absorción es muy pequeña y esta puede ser ignorada.)

Answer 2

Cuando una onda de luz incide sobre una lámina de vidrio, de hacer que las partículas que componen el vidrio de absorber las ondas y re-emiten en la dirección de avance? O hacer las ondas de luz que logran viajar a través del cristal, sin ser absorbido y, a continuación, salir del vidrio?

Esta respuesta es desde el punto de vista de la no-cuántica de la teoría EM (no los fotones).

Si esta pregunta es hacer sentido, debemos asumir que los campos EM pueden ser distinguidos por su origen. Esto puede parecer imposible de hacer en la práctica, pero en realidad es matemáticamente posible asunción debido a la linealidad de las ecuaciones de Maxwell.

Entonces, tu pregunta puede reformularse de esta manera: ¿el campo primario debido a la fuente de luz de pare en la superficie del vidrio y a partir de ahí en el campo en el interior del vaso es el de las partículas de cristal?

La respuesta a esa pregunta es definitivamente no. La razón principal es que en la EM de la teoría con la hipótesis anterior de identificación de campo con su fuente, el campo primario no puede ser bloqueada por otras partículas que se ponga en su camino. El principal campo en el formulario de salida de onda sólo se mueve como si no vidrio estaba allí en absoluto, determinado por las ecuaciones de Maxwell del movimiento de la fuente de las partículas y el habitual suposición de que los campos están retrasados (o alguna otra hipótesis que señala a la solución de las ecuaciones de Maxwell en consonancia con el movimiento de la fuente de partículas).

Otras partículas, como en el vidrio puede interactuar con este campo y por lo tanto cambiar su movimiento. Ellos pueden emitir sus propios campos EM como resultado de esta interacción (campo secundario) y por lo tanto influir en el total de campos EM en el cristal, que es la suma de la primaria y secundaria del campo.

EDITAR

Si el resto de las partículas interactúan con el campo principal, puede que no absorben la energía de ella? Y si es así, no pueden absorber la totalidad de la ola antes de que 'sale' el vidrio?

Las partículas pueden absorber la energía de la EM campo de la energía, pero esto no significa que la onda primaria ha de ser alterada (no puede ser, ya que obedece a las ecuaciones de Maxwell con el origen de los términos que no contienen las partículas de cristal). En teoría macroscópica, la cuestión energética se explica como sigue. EM la energía en cualquier región es una función del total de EM campo, no puede ser considerado como la suma de independiente contribuciones debido a independiente campos definidos anteriormente (por su conexión a la fuente). Matemáticamente, esto es porque la energía EM contiene "los términos de interacción" cada uno de los cuales depende de dos campos, en nuestro caso no será la cruz de término de primaria y secundaria de campo. Sabemos que la energía EM va a cambiar a medida que las partículas de vidrio va a absorber parte de la energía de ella. Pero como ellos lo hacen, ellos producen su campo secundario que los cambios en el tiempo y hace EM cambio de energía. Esta es la forma en EM cambios de energía cerca de las partículas de vidrio, incluso si el campo primario es como si el cristal no estaba allí. El cambio en el campo secundario es suficiente.

También, ¿cómo puede la onda primaria sólo se mueven como si no vidrio estaba allí? Seguramente las partículas en la superficie del vidrio también interactuar con y absorber parte de la onda?

La interacción de las partículas en el sentido de que la experiencia de la fuerza. Pero no cambio la onda primaria directamente. Esto es debido a que la onda primaria obedece a que, por definición, las ecuaciones de Maxwell, donde el origen de los términos (de carga y la densidad de corriente) son los de la fuente de luz única, no hay ninguna contribución debida a las partículas de vidrio.

Las partículas de cristal cambiar el campo total a través de su propio campo (campo secundario). Es este campo total que se observa para el decaimiento de la amplitud (y describir por medio de la palabra de 'absorción'), como la onda se propaga en el vaso mediano.

Answer 3

Un poco de ambas. Theres que ninguna manera cada fotón podría ser absorbida por cada molécula de vidrio, así que algunos sólo pasan por el espacio vacío entre las moléculas. Pero la luz que en realidad las moléculas de vidrio absorbe el fotón y lanza otra vez en la dirección de avance. Pensar en la estructura atómica rigidez sólo lo que le permite liberar la energía exacta que recibe, en lugar de porciones de ella con electrones cinéticamente más enérgicos.

Answer 4

Creo que tu confusión proviene del hecho de que la primera referencia que se utiliza una imagen a partir de la teoría cuántica de campos (QFT), mientras que el segundo utiliza una imagen de la mecánica cuántica (QM).

En QFT el electrón está permitido "tomar prestado" de la energía para un "corto" cantidad de tiempo. Por lo tanto, puede absorber un fotón, incluso si el vidrio no poseen una energéticamente adecuada electrónica del estado -- un adecuado estado electrónico sería un estado, la cual cumple la conservación de la energía. Sin embargo, en mi opinión, no es realmente útil pensar de esta QFT proceso como una verdadera absorción de los fotones, pero simplemente como una interacción entre el electrón y el fotón. Si hacen eso las dos imágenes sean coherentes: explicar por qué obtenemos un índice de refracción $n$.

Answer 5

La luz puede ser absorbida en los límites sólo. La cantidad absorbida depende del espesor del vidrio y el ángulo de incidencia. La única luz reemitida del vidrio es de estos límites y puede ser en cualquier dirección. El resto de la luz se transmite a través del vidrio sin ser absorbido y es afectado por defraction/dispersión y el factor de índice etcetera.