Explicación de reflexión y refracción

La propagación de la luz en la materia suele tratarse como una onda eléctrica en un medio con una constante dieléctrica distinta a la del vacío. Esa es la imagen de la onda, y no depende del 'éter luminífero'. La condición de reflexión en una superficie plana proviene de la polarización en el medio dando lugar a dos soluciones de onda saliente, una dentro del medio y otra fuera. Si la constante dieléctrica es muy alta (como en un metal por debajo de la frecuencia del plasma), la energía en la reflexión es el 100% de la onda entrante.

La imagen de las partículas es que los fotones que atraviesan un trozo de vidrio se dispersan en una multiplicidad de sitios (cada átomo), y la dispersión es principalmente dirigida hacia adelante, pero con un retraso de tiempo (o, si lo prefiere, un cambio de fase que crea un retraso de grupo). Cuando los fotones tienen una longitud de onda larga en comparación con el tamaño del átomo, los centros de dispersión no importan (muchos átomos se superponen a cada fotón), solo el retraso. En el caso de los rayos X, los centros de dispersión dan lugar a picos de difracción, no solo a "refracción", por supuesto. No me queda claro cómo se puede modelar la difracción con fotones como partículas.

Nunca piense que un fotón 'excita un electrón a un orbital de mayor energía' en medios transparentes, es un campo E que cambia los orbitales dentro de un átomo. Esto generalmente se llama el efecto Stark.
Polarizando los átomos, sí; electrones haciendo saltos orbitales, no. Ignoraré el efecto Zeeman (magnético), porque la interacción magnética significativa es rara en materiales transparentes.

Los ángulos y coeficientes de reflexión y refracción están, en la imagen de las partículas, determinados por la conservación de la energía y el momento, con el fotón en el medio teniendo algo de masa. El ángulo de incidencia que iguala al ángulo de reflexión es una sutil consecuencia de la reversibilidad temporal y la simetría.

En ambos cuadros, las respuestas que salen son las mismas: la luz se frena, porque el material incluye cargas que se pueden desplazar, átomos que se pueden convertir en dipolos, y principalmente el trabajo realizado en ese desplazamiento o polarización no se absorbe, pero después de un ligero retraso se devuelve a la onda.

En el caso de la reflexión con ángulos de entrada y salida iguales, estamos hablando de procesos estadísticos. Es obvio que para la dispersión elástica, la energía y el momento de los fotones involucrados conducen a este ángulo de reflexión. El comportamiento real de los fotones individuales es otra cosa por algunas razones:

• llegan al espejo con diferente fase de sus componentes de campo eléctrico y magnético
• la molécula absorbente y reemisora ​​está en diferente posición y rotación al punto ideal del incidente, y también está en vibración.

Quizás estas no sean todas las condiciones de contorno. Más importante es la afirmación de que esta ley depende del material y la limpieza de la superficie de los espejos y de la longitud de onda de la luz que debe reflejarse. Para diferentes longitudes de onda u otros materiales o superficies no pulidas no se obtiene el resultado esperado.

En pocas palabras, a veces la reflexión es ideal en un sentido estadístico y se comporta como una dispersión no elástica.

Hay un caso en que los ángulos iguales no se sostienen más. Bajo algún ángulo, la luz saliente está polarizada y esto es una asimetría y la dispersión no elástica no puede ser un modelo más preciso.