¿Cómo podemos explicar, a partir de la mecánica cuántica, por qué vemos que los rayos de luz se desvían cuando la luz pasa de un medio a otro? [duplicar]

Refracción: Quiero una explicación mecánica cuántica cualitativa de por qué vemos los rayos de luz -en la imagen clásica- doblarse cuando la luz pasa de un medio a otro. Leí que se debe a la conservación de la energía y el impulso, pero no encontré una explicación sobre la razón del cambio de ángulo.
Reflexión: de nuevo una explicación cualitativa de por qué el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

EDICIÓN 1: lo que estoy buscando es realmente una explicación sobre las interacciones por las que pasan los fotones (como la absorción y emisión por moléculas, por ejemplo) que cuando tomamos en cuenta todas las interacciones de los fotones nos dan la imagen macroscópica de cómo se refleja la luz y refracta

EDICIÓN 2: realmente quiero una respuesta que contenga la razón por la cual obtenemos que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión y por qué el ángulo si la refracción es como es.

No hay rayos de luz en QM, por lo que realmente no puede obtener una explicación para "eso". Lo que puede hacer es acoplar un estado de onda em libre a una red cristalina y recuperar que la dirección del vector de onda del estado de cuasipartícula que existe dentro del medio sigue las leyes conocidas de refracción. ¿Eso satisfaría su solicitud conceptualmente? Creo que ya tuvimos esta pregunta varias veces, sin embargo... alguien seguramente desenterrará los enlaces para usted.
¡He editado justo cuando publicaste el comentario! Bueno, lo que realmente quiero es lo que sucede a nivel microscópico que nos da la imagen macroscópica de la luz que tenemos (el ángulo de incidencia habitual es igual al ángulo de reflexión, etc.)
A nivel microscópico, el estado em libre se convierte en un estado cuasi-partícula. Los resultados son, hasta donde yo sé, básicamente idénticos a la teoría semiclásica, a menos que empecemos a observar cosas como la interacción de un campo láser con, por ejemplo, un grupo de átomos ultrafríos.
A decir verdad, estoy buscando algo en la línea de absorción y reemisión de fotones y conservación de energía y momento, ya que estas son las cosas habituales de las que se ocupan los libros (y están a mi nivel). Tengo la imagen casi completa con los componentes que mencioné, pero lo que falta es la razón del ángulo de los dos fenómenos.
Entonces estás mirando algo equivocado, ya que los fotones individuales son completamente irrelevantes para la física al nivel de la óptica de rayos. La óptica de rayos se deriva de la óptica de ondas y no se necesitan efectos mecánicos cuánticos para recuperarla de los "primeros principios". La interacción QM de la luz con los sólidos no tiene que conservar ni el impulso ni la energía (y en aquellos casos que son de interés práctico tampoco lo hace), por lo que, de nuevo, te estás perdiendo prácticamente el 100 % de la física interesante con la pregunta si te quedas a un teórico caso fronterizo que ni siquiera sucede.
Tomé una grieta en una pregunta similar aquí . Compruebe y vea si eso ayuda.
No, no estoy buscando una explicación con fotones individuales. Sé que los efectos macroscópicos observados se deben al resultado neto de los fotones, pero no conozco el mecanismo subyacente por el que pasan esos fotones para obtener la imagen macroscópica.
@garyp sí, ayuda, ¡pero quiero hacer un esfuerzo adicional que la respuesta aceptada casi evita! Pero sí, esa es la dirección de la respuesta que estoy buscando.
Así que mi pregunta es... si hace un esfuerzo adicional... ¿cómo selecciona las pocas soluciones de QM que tienen las propiedades que desea de las que no las tienen... que son básicamente todas? La interacción de los sólidos con la luz es extremadamente rica y todo lo que pides es el caso más aburrido. QM no le brinda solo el caso más aburrido, le brinda todo, a la vez, a menos que comience a incluir suposiciones ad-hoc adicionales en su "derivación".
Comentario final (quizás). Tomo nota de su frase "resultado neto de los fotones". No estoy seguro de lo que quieres decir, pero si piensas en los fotones como "partículas", pequeñas canicas, estás condenado al fracaso. Es mejor pensar en ellos como excitaciones del campo EM.
A partir de esto, realmente debería reformular su pregunta para tener en cuenta desde 1: lo que ha aprendido desde 2: lo que ayudaría a las personas a comprender lo que ya sabe y lo que busca.
Chicos, no soy muy iniciado en lo que respecta a QM. Estaba leyendo óptica de Hecht donde explica las propiedades de la luz y da una explicación sencilla de lo que sucede microscópicamente con los fotones y cómo obtenemos la imagen macroscópica. Su cosas simples realmente. Yo no elijo nada. Solo sigo el patrón del libro. Pero el libro realmente no explica cuál es la razón del ángulo de reflexión y refracción y solo quiero averiguar cualitativamente la razón de esto.
¿Por qué no leer esto? Debería ser bastante barato. goodreads.com/book/show/5552.QED También lo mejor que he leído.
Para reabrir esta publicación (v6), considere la pregunta de enfoque. En particular, alinee el título y el cuerpo principal. Sugerencia: No permitamos que las publicaciones parezcan historiales de revisión .

Respuestas (1)

En esta entrada de blog se puede ver cómo emerge una onda electromagnética clásica a partir de innumerables fotones . No es simple, se necesita la teoría cuántica de campos para empezar. Se debe obtener la interacción de un solo fotón con una red cristalina, y se puede obtener una solución mecánica cuántica, que dará la probabilidad de que el fotón se disperse o atraviese el cristal. Luego, uno tiene que usar la lógica/matemática, descrita en el enlace del blog anterior, para ver cómo emergería el haz clásico con su difracción.

EDITAR: lo que estoy buscando es realmente una explicación sobre las interacciones por las que pasan los fotones (como la absorción y emisión por moléculas, por ejemplo) que cuando tomamos en cuenta todas las interacciones de los fotones nos dan una imagen macroscópica de cómo la luz se refleja y se refracta .

Los fotones pueden interactuar con la materia por

a) dispersión elástica: solo cambia el ángulo y no la energía

b) dispersión inelástica con el campo de la materia que golpean: en este caso cambia la frecuencia y por lo tanto el color.

c)absorción por capas atómicas y moleculares: en este caso el fotón desaparece y ya no contribuye al haz de luz. El átomo puede desexcitarse y salir un fotón de igual frecuencia, pero ya no será coherente con el haz de luz porque la dirección de emisión será diferente a la dirección del haz macroscópico.

Entonces, en la reflexión, uno puede hacer ondas manuales de los fotones individuales que se dispersan elásticamente y mantienen las fases entre ellos, y así las imágenes pueden reflejarse.

Sin embargo, en la refracción, las soluciones de la mecánica cuántica tienen que aparecer para mostrar que los fotones dispersos mantienen una coherencia, y no puedo ver cómo sin resolver una red específica y resumir los fotones individuales uno puede agitar a mano un índice de refracción. Vea también la respuesta de Marek aquí. y este enlace aquí .

¿Cómo podemos explicar, a partir de la mecánica cuántica, por qué vemos que los rayos de luz se desvían cuando la luz pasa de un medio a otro? [duplicar]
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