Какой принцип лежит в основе поглощения и отражения света? Известно, что материальная структура может поглощать заданную порцию света, а затем излучать его, и мы воспринимаем интерференцию переданного света как изображение этой структуры. Но по какому принципу происходит само поглощение (классическое возбуждение или что-то другое)? И можно ли вывести какое-либо общее соотношение для того, какие доли отражаются и какие доли проходят через данный объект?
ОТВЕТ
В настоящее время эффекты, связанные с поглощением и испусканием света "в повседневной жизни" (то есть при не слишком больших интенсивностях, не слишком больших скоростях светящихся объектов и т.д.), понимаются на основе квантовой механики. Многие эффекты можно объяснить еще проще, в рамках "полуквантовой" теории, где мы рассматриваем материю (атомы, частицы) как квантовую, а свет (излучение) как классические электромагнитные волны (нам не нужно прибегать к "реальному" квантованию поля).
Такая теория позволяет объяснить, например, почему листья зеленые - если мы знаем структуру молекулы красителя, содержащегося в них, мы можем понять, что она будет поглощать одни длины волн и не поглощать другие. Точно так же он позволяет нам понять, почему трубка, наполненная неоном, светится красным цветом, и описать, как работает лазер.
В кристаллах (будь то изоляторы или металлы), рассматривая взаимодействие зарядов (связанных и свободных соответственно), мы можем предсказать зависимость показателя преломления от длины волны (описать, как работает призма) и определить области спектра, где материал прозрачен и где он будет поглощать свет (почему стекло прозрачно, а медь оранжевая).
Отвечая на последнюю часть вопроса: если известна только форма коэффициентов преломления и поглощения в каждой точке любого объекта, мы можем рассчитать (численно), как будет распространяться в нем свет - такие расчеты (непосредственно из уравнений Максвелла) сейчас позволяют конструировать материалы (например, так называемые метаматериалы) с очень интересными оптическими свойствами, не встречающимися в природе.
Одним из впечатляющих примеров является оптический плащ - создав соответствующее распределение показателя преломления, мы можем спрятать объект (пока очень маленький) таким образом, что он будет невидим для наблюдателя, проводящего измерения с помощью света.
Другие структуры (с характерными размерами ниже длины волны), изготовленные из абсолютно прозрачных материалов, могут иметь так называемый оптический зазор и не пропускать некоторые цвета света.
Комментарии
Отправить комментарий