03.03 如果光的反射是材料表面原子吸收光子和再发射的过程,那么原子是怎么知道入射角来以相同的出射角发射呢?

飞羽若鸿-彭成


非常好的一个问题。实际上早在量子力学出现之前,也就是还不知道原子吸收发射光子的时候,波动光学已经给了反射现象非常好的解释,这就是“惠更斯-菲涅尔原理”(Huygens–Fresnel principle)。这个原理是说光在介质中每一点都可以当成一个新的光源。我们先假设光在真空中传播,遇到一个光滑介质面产生反射。那么这个介质表面就会称为新的光源,称为次波源。

如图:蓝线代表光波传播,红线代表光波的波前。在一个光滑介质表面,光纤斜着入射时,先到达表面的光会产生次波,经过Δt时间后传播了cΔt距离。而稍晚到达表面的光,例如晚了Δt/2,它只传播了cΔt/2的距离。这两个次波会发生干涉,干涉出的路径在真空这边是唯一的,那就是和入射角互补的路径,这就是反射路径,如图中右边蓝线所示。而介质内的路径,光速发生变化,导致传播角度变化,这正是折射路径。也就是说,反射方向完全是光的波动性决定好的,也恰恰是光子满足动量和能量守恒的唯一方向。

量子力学出现之后,物理图像更清楚了:光具有波粒二象性,光滑介质面就是原子整齐排列,每一个原子都吸收和发射光子(这个吸收是一个远离共振的跃迁),原子不需要知道光子该往哪个方向发射,只需要往整个球面方向发射,每个方向叠加在一起,然后发射出的光子之间的干涉就注定了它们的反射角,这个反射角当然也是满足动量和能量守恒的唯一方向。在量子力学里,惠更斯-菲涅尔原理对应着的就是路径积分方法,具体推荐读一下费曼的《QED:光和物质奇异性》。


九维空间


理解有误的知识(纠正)

(话题影子:如果光的反射是材料表面原子吸收光子再发射的过程,那么原子是怎么知道入射角来以相同的出射角发射啦? 光子再发射时候理应是随机的,为何恰好和入射角相同?)

1、\t这个理论观点、计算方式是正确的,但是大众的理解有误。并非所有“光子”的入射角与反射角都是相等的!(以下小实验说明)

2、\t会出现这一现象是基于以下因素: A、“光子”的密集数量冲流、射击因素 B、物质原子在运动因素 C、“光子”与原子体积差因素 D、密集射击反弹、反射几率因素 E、观察时在对应点停留时间长短与光子数量、速度因素 ……

简单来说:大家都知道微观世界中“原子”呈现出来的是球形形状,并且自身是存在一定距离的强相互作用力的,也就是说,其实所有我们已知的物体,在微观层面,其实都是呈现出不同大小密度的“网状结构”。那么又何谈“光滑平整一说”?不光滑平整,又如何能表现宏观世界中“光滑平整表面的对应角度反弹现象? 在这类“反弹、反射”实验中,两者(射击体与接触面两者的物质结构大小是关键),从而才能通过彼此大小比例,来确定作力点是否处于相对平面。(通常宏观世界所谓的一个作力点,其实是微观世界多个作力点的集合共同作用)。 ……

举例来说: 你可以做一个模仿光子弹射的实验。 首先,根据原子与光子的比例大小构建一个以物体中原子相对间距排列的“网格墙”(注明:每一个节点使用球形结构;并且网格需要作左右小幅度循环运动)——来模式物体光滑平整的表面。 在使用对应比例大小的“光子小球”大量大面积的射击,通过多角度垂直射击面角度的高速摄影机记录下来! ……(^_^) 在你观看这段录像的时候,将其制作成3D立体视频。再通过不同角度、速度播放时,你就会发现,所谓的对应角度“反弹、反射”,其实是因为你刚好站在那个角度,因为光子的数量、速度与原子表面结构的物体,在高频率同一种密集射击运动中,不断循环产生的高几率,对应角度“反弹、反射”现象而已!(分子结构的物体略微有些区别,但是大致原理相同。) 所以也才有了某些人的科学研究中的“概率、几率”事件理论。但是总的来说,这是由“数量与速度”造成的必然事件结果! 现在的科学计算公式依然适应,并且正确!但是大众必需认识到这一现象的本质因素,才能更好的研究、了解自然现象科学理论。这是拥有《大统一理论……》的思维基础。从而才能更清晰的认知世界!

2018、6、12


自然科学理论研究者


嗯,我是这样分析的:首先光滑的表面原子分布是均匀的,可以得到大多光子被反射路径是相同的,至于为什么反射角等于入射角,可能用动量守恒去分析能得出结论。

至于光子在原子里到底发生了什么我真的不知哈。

哈哈哈,其实我什么都不懂的。

对了,你肯定所有物质反射角都等于入射角?


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