Es gibt eine verwandte Frage auf dieser Seite hier: Warum Glas transparent ist? Was erklärt, dass Glas transparent ist, weil die Atome im Glas sehr große Energieunterschiede zwischen den Energieniveaus haben und Photonen des sichtbaren Lichts nicht genug Energie haben, um Elektronen von einem Energieniveau zum anderen anzuregen. Wohingegen Elektronen in Atomen der meisten anderen Substanzen angeregt werden können, sodass das Photon absorbiert wird. Aber meine Frage ist, warum kehren diese angeregten Elektronen nicht auf ihr ursprüngliches Energieniveau zurück und setzen ein Photon in der Richtung frei, in die sich das ursprüngliche Photon bewegt hat, wodurch das Licht durch das Objekt hindurchtreten kann? Bearbeiten: Ich hatte vorher nicht bemerkt, dass genau diese Frage schon einmal auf dieser Seite hier gestellt wurde: Warum sind nicht alle Objekte transparent?Also, ich werde meine Frage etwas präzisieren. Die Antworten auf die verknüpfte Frage besagen, dass die Energie des angeregten Elektrons verloren geht, sodass das Licht als Wellen mit längeren Wellenlängen reemittiert wird, die wir nicht sehen können. Ich würde gerne wissen, wie genau das Elektron diese Energie verliert. Eine Antwort auf die verknüpfte Frage besagt, dass die Energie an Gitterschwingungen verloren geht, aber ich würde gerne wissen, wie genau ein angeregtes Elektron, das noch an das Atom gebunden ist, seine Energie an Gitterschwingungen übertragen kann.
Wenn ein Atom oder Molekül ein Photon absorbiert, tritt es in einen angeregten Zustand ein; Jeder angeregte Zustand hat eine mittlere Lebensdauer.
Wenn das Atom oder Molekül in den Grundzustand zurückkehrt, kann es ein Phonon (Vibrationen) aussenden oder es kann durch mehrere Ebenen zerfallen; In diesem Fall gibt es mehrere Photonen mit unterschiedlichen Wellenlängen.
Falls die absorbierten und emittierten Photonen dieselbe Wellenlänge haben, wird das neue Photon zu einer zufälligen Zeit und in einer zufälligen Richtung emittiert.
Es gibt also vier Dinge, die das Bild aufbrechen: Verlust von Photonen, die in Vibrationen umgewandelt werden (Wärme) oder die Farbe ändern (Wellenlänge) oder unsichtbar werden (Infrarot), zeitliche Verzögerungen, die die Kohärenz des Bildes aufbrechen (ähnlich einem gewellten Spiegel oder Wasser) und zufällige Richtungen.
Die letzte, die zufälligen Richtungen, zerstört schnell die Intensität des übertragenen Bildes und erzeugt einen zufälligen Hintergrund.
Für diejenigen, die neugierig sind, wie ein transparentes Medium ein Bild überträgt und warum das Licht im Inneren langsamer wird (aber wieder an Geschwindigkeit gewinnt, wenn es geht), habe ich meine vorherige Antwort auf diese Frage wiederholt:
Transparente Materialien (Glas, Luft) übertragen Bilder; Wenn das Bild verzerrt oder undeutlich ist, wissen wir, dass das Material die Kohärenz der optischen Information verändert. Das heißt, was am Anfang begonnen hat, ist nicht gleichzeitig angekommen. Bei ausreichender Verzerrung geht das Bild vollständig verloren.
Was ist also erforderlich, damit ein transparentes Medium ein Bild erfolgreich übertragen kann? Da Licht eine physikalische Welle ist, muss das transparente Medium die Kohärenz der Phaseninformation des Lichts bewahren. In einem typischen Glas wird die Phasenfront leicht verlangsamt, während sie durch das Glas wandert; diese Verlangsamung ist im Brechungsindex kodiert, .
Wenn das Material einige Frequenzen absorbiert, erscheint das Material gefärbt; ein absorbiertes Photon (abhängig von der Energieniveaustruktur) kann erneut emittiert werden, aber dies wird (a) eine zufällige Zeit später und (b) in einer zufälligen Richtung sein. Kein Bild für diese Farbe! Es gibt eine Ausnahme: die stimulierte Emission, die der Schlüssel zum Bau eines Lasers ist. Aber so werden Bilder nicht in einem passiven Material übertragen.
Der Prozess, der Bilder überträgt, kann als Coherent Forward Scattering zusammengefasst werden: Kohärent, weil sonst die Bildintegrität verringert wird; Vorwärts, weil das Bild in dieser Richtung durch das Material übertragen wird; und Streuung, der verbleibende verfügbare verallgemeinerte Mechanismus auf der Quantenebene.
Das Ergebnis ähnelt dem Wavelet-Modell von Huyghen für die Lichtübertragung: Die Photonen sind die Wellen, die kohärent gestreut werden, und weil sie kohärent sind, können sie sowohl konstruktiv als auch destruktiv interferieren, um die Kohärenz der gesamten Phasenfront aufrechtzuerhalten.
Es ist die Interferenz, die die Phasengeschwindigkeit durch das Material verlangsamt; die einzelnen Photonen „bewegen“ sich weiterhin mit Lichtgeschwindigkeit, , aber die effektive Bewegung der Phasenfront wird verlangsamt.
Richard Feynman widmet dem einige Zeit in seinen Vorlesungen über QED: The Strange Theory of Light and Matter
Vaimsus
Kyle Kanos