03.03 如果光的反射是材料表面原子吸收光子和再發射的過程,那麼原子是怎麼知道入射角來以相同的出射角發射呢?

飛羽若鴻-彭成


非常好的一個問題。實際上早在量子力學出現之前,也就是還不知道原子吸收發射光子的時候,波動光學已經給了反射現象非常好的解釋,這就是“惠更斯-菲涅爾原理”(Huygens–Fresnel principle)。這個原理是說光在介質中每一點都可以當成一個新的光源。我們先假設光在真空中傳播,遇到一個光滑介質面產生反射。那麼這個介質表面就會稱為新的光源,稱為次波源。

如圖:藍線代表光波傳播,紅線代表光波的波前。在一個光滑介質表面,光纖斜著入射時,先到達表面的光會產生次波,經過Δt時間後傳播了cΔt距離。而稍晚到達表面的光,例如晚了Δt/2,它只傳播了cΔt/2的距離。這兩個次波會發生干涉,干涉出的路徑在真空這邊是唯一的,那就是和入射角互補的路徑,這就是反射路徑,如圖中右邊藍線所示。而介質內的路徑,光速發生變化,導致傳播角度變化,這正是折射路徑。也就是說,反射方向完全是光的波動性決定好的,也恰恰是光子滿足動量和能量守恆的唯一方向。

量子力學出現之後,物理圖像更清楚了:光具有波粒二象性,光滑介質面就是原子整齊排列,每一個原子都吸收和發射光子(這個吸收是一個遠離共振的躍遷),原子不需要知道光子該往哪個方向發射,只需要往整個球面方向發射,每個方向疊加在一起,然後發射出的光子之間的干涉就註定了它們的反射角,這個反射角當然也是滿足動量和能量守恆的唯一方向。在量子力學裡,惠更斯-菲涅爾原理對應著的就是路徑積分方法,具體推薦讀一下費曼的《QED:光和物質奇異性》。


九維空間


理解有誤的知識(糾正)

(話題影子:如果光的反射是材料表面原子吸收光子再發射的過程,那麼原子是怎麼知道入射角來以相同的出射角發射啦? 光子再發射時候理應是隨機的,為何恰好和入射角相同?)

1、\t這個理論觀點、計算方式是正確的,但是大眾的理解有誤。並非所有“光子”的入射角與反射角都是相等的!(以下小實驗說明)

2、\t會出現這一現象是基於以下因素: A、“光子”的密集數量沖流、射擊因素 B、物質原子在運動因素 C、“光子”與原子體積差因素 D、密集射擊反彈、反射幾率因素 E、觀察時在對應點停留時間長短與光子數量、速度因素 ……

簡單來說:大家都知道微觀世界中“原子”呈現出來的是球形形狀,並且自身是存在一定距離的強相互作用力的,也就是說,其實所有我們已知的物體,在微觀層面,其實都是呈現出不同大小密度的“網狀結構”。那麼又何談“光滑平整一說”?不光滑平整,又如何能表現宏觀世界中“光滑平整表面的對應角度反彈現象? 在這類“反彈、反射”實驗中,兩者(射擊體與接觸面兩者的物質結構大小是關鍵),從而才能通過彼此大小比例,來確定作力點是否處於相對平面。(通常宏觀世界所謂的一個作力點,其實是微觀世界多個作力點的集合共同作用)。 ……

舉例來說: 你可以做一個模仿光子彈射的實驗。 首先,根據原子與光子的比例大小構建一個以物體中原子相對間距排列的“網格牆”(註明:每一個節點使用球形結構;並且網格需要作左右小幅度循環運動)——來模式物體光滑平整的表面。 在使用對應比例大小的“光子小球”大量大面積的射擊,通過多角度垂直射擊面角度的高速攝影機記錄下來! ……(^_^) 在你觀看這段錄像的時候,將其製作成3D立體視頻。再通過不同角度、速度播放時,你就會發現,所謂的對應角度“反彈、反射”,其實是因為你剛好站在那個角度,因為光子的數量、速度與原子表面結構的物體,在高頻率同一種密集射擊運動中,不斷循環產生的高几率,對應角度“反彈、反射”現象而已!(分子結構的物體略微有些區別,但是大致原理相同。) 所以也才有了某些人的科學研究中的“概率、幾率”事件理論。但是總的來說,這是由“數量與速度”造成的必然事件結果! 現在的科學計算公式依然適應,並且正確!但是大眾必需認識到這一現象的本質因素,才能更好的研究、瞭解自然現象科學理論。這是擁有《大統一理論……》的思維基礎。從而才能更清晰的認知世界!

2018、6、12


自然科學理論研究者


嗯,我是這樣分析的:首先光滑的表面原子分佈是均勻的,可以得到大多光子被反射路徑是相同的,至於為什麼反射角等於入射角,可能用動量守恆去分析能得出結論。

至於光子在原子裡到底發生了什麼我真的不知哈。

哈哈哈,其實我什麼都不懂的。

對了,你肯定所有物質反射角都等於入射角?


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