Hay una pregunta relacionada en este sitio aquí: ¿Por qué el vidrio es transparente? Lo que explica que el vidrio sea transparente porque los átomos en el vidrio tienen diferencias de energía muy grandes entre los niveles de energía y los fotones de luz visible no tienen suficiente energía para excitar electrones de un nivel de energía a otro. Mientras que los electrones en los átomos de la mayoría de las otras sustancias pueden excitarse para que el fotón sea absorbido. Pero mi pregunta es, ¿por qué estos electrones excitados no regresan a su nivel de energía original y liberan un fotón en la dirección en que viajaba el fotón original, permitiendo así que la luz atraviese el objeto? Editar: no me había dado cuenta antes de que exactamente esta misma pregunta se había hecho antes en este sitio aquí: ¿Por qué no todos los objetos son transparentes?Entonces, aclararé un poco más mi pregunta. Las respuestas a la pregunta vinculada dicen que la energía del electrón excitado se pierde, por lo que la luz se vuelve a emitir como ondas con longitudes de onda más largas que no podemos ver. Me gustaría saber cómo exactamente el electrón pierde esta energía. Una respuesta a la pregunta vinculada establece que la energía se pierde en las vibraciones de la red, pero me gustaría saber exactamente cómo un electrón excitado que aún está unido al átomo puede transferir su energía a las vibraciones de la red.
Cuando un átomo o molécula absorbe un fotón, entra en estado excitado; cada estado excitado tiene una vida media.
Cuando el átomo o la molécula regresa al estado fundamental, puede emitir un fonón (vibraciones), o puede decaer a través de múltiples niveles; en este caso hay múltiples fotones, con diferentes longitudes de onda.
En el caso de que los fotones absorbidos y emitidos tengan la misma longitud de onda, el nuevo fotón se emite en un momento y una dirección aleatorios.
Entonces, hay cuatro cosas que rompen la imagen: pérdida de fotones que se transforman en vibraciones (calor), o que cambian de color (longitud de onda) o se vuelven invisibles (infrarrojos), retrasos en el tiempo que rompen la coherencia de la imagen (similar a un espejo ondulado o agua), y direcciones aleatorias.
El último, las direcciones aleatorias, destruye rápidamente la intensidad de la imagen transmitida, generando un fondo aleatorio.
Para aquellos curiosos sobre cómo un medio transparente transmite una imagen y por qué la luz se ralentiza en el interior (pero recupera la velocidad cuando se va), he repetido mi respuesta anterior a esta pregunta:
Los materiales transparentes (vidrio, aire) transmiten imágenes; si la imagen está distorsionada o borrosa, sabemos que el material está alterando la coherencia de la información óptica. Es decir, lo que empezó en el principio no ha llegado todo al mismo tiempo. Con suficiente distorsión la imagen se pierde por completo.
Entonces, ¿qué se requiere para que un medio transparente transmita con éxito una imagen? Dado que la luz es una onda física, el medio transparente debe preservar la coherencia de la información de fase de la luz. En un vidrio típico, el frente de fase se ralentiza ligeramente mientras viaja a través del vidrio; esta desaceleración está codificada en el índice de refracción, .
Si el material absorbe algunas frecuencias, el material parecerá estar coloreado; un fotón que es absorbido (dependiendo de la estructura del nivel de energía) puede volver a emitirse, pero esto será (a) en un tiempo aleatorio más tarde, y (b) en una dirección aleatoria. ¡No hay imagen para este color! Hay una excepción: la emisión estimulada, que es la clave para construir un láser. Pero no es así como se transmiten las imágenes en un material pasivo.
El proceso que transmite las imágenes se puede resumir como Coherent Forward Scattering: Coherente, porque de lo contrario se reduce la integridad de la imagen; Adelante, porque la imagen se transmite en esta dirección, a través del material; y Scattering, el mecanismo generalizado restante disponible a nivel cuántico.
El resultado es bastante parecido al modelo de ondículas de Huyghen para la transmisión de luz: los fotones son las ondas que se dispersan coherentemente y, debido a que son coherentes, pueden interferir tanto de manera constructiva como destructiva para mantener la coherencia del frente de fase general.
Es la interferencia la que reduce la velocidad de fase a través del material; los fotones individuales continúan "moviéndose" a la velocidad de la luz, , pero el movimiento efectivo del frente de fase se ralentiza.
Richard Feynman dedica un tiempo a esto en sus conferencias sobre QED: The Strange Theory of Light and Matter
Vaimsus
kyle kanos