探索鏡面反射的微觀原理

2020-12-03 謙卑的青草

鏡面反射,這不是一個新鮮的名詞,大多數人都對其非常的熟悉。

鏡面反射的原理,我們也在初中課本上就學過:鏡面反射是指反射波(電磁波、或聲波,水波)有確定方向的反射;其反射波的方向與反射平面的法線夾角(反射角),與入射波方向與該反射平面法線的夾角(入射角)相等,且入射波、反射波,及平面法線同處於一個平面內。

這些都是在宏觀層面的體現,假如我們細究鏡面反射在光反射的瞬間的細節變化,又會發現些什麼呢?

現在我們假設有一個鏡面,一個光子以光速「撞擊」到了鏡面上,此時會發生什麼呢?類比宏觀世界,我們將一個籃球扔向地面,那麼籃球會彈起,這樣看來,光子也進行這樣的彈射似乎並沒有什麼問題。但是,籃球彈起的過程實際上是先經過形變緩衝,其速度減速到零,然後在加速彈起,這個過程有一定的能量轉化在其中。

仔細想想,光子有可能減速嗎,這自然不可能,光子始終都是光速,光子也不能進行彈性形變。那麼如何在光子速度不變的情況下進行一次「反射」呢?

保持速度不變的情況下進行運動方向的偏移,這一點我們很容易想到行星系統,一個隕石以恆定速度進入行星引力範圍,在繞行一周之後又飛離行星,當然這個類比有些理想化,不過我們可以用這種方式理解光子的反射過程。

大膽的推測一下:現實生活中沒有絕對的鏡面,我們使用的一切鏡子都是由一堆原子構成的,光子進入鏡面表層的原子範圍,被原子捕獲,一部分光子被原子直接吸收,而另一部分光子在原子內部始終維持著光速運動,並最終脫離原子束縛,沿著一定的軌跡返回,至此一次完整的反射完成。

不同的材質原子屬性不同,對光子的作用效果也不同,體現在宏觀層面就是反射效果不同。

當然,微觀細節實在是難以觀測,具體的情況還有待人類的探索,如今的我們,也只能按照現有的認知進行推測和猜想。

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