Was genau passiert, wenn eine Totalreflexion auf Quantenebene stattfindet?

Was passiert, wenn Licht auf Quantenebene mit der Grenze zwischen zwei Medien interagiert? Warum wird es total reflektiert, wenn es von einem optisch dichteren zu einem weniger dichten Medium wandert? Woher weiß das Lichtquant, dass es durch eine solche Grenze geht?

Antworten (1)

"Woher weiß das Lichtquant, dass es durch eine solche Grenze geht?"

Durch Befolgung der quantenmechanischen Lösung des Randwertproblems "Photonenstreuung außerhalb der Grenze"

Hier ist das Lichtphänomen:

Totalreflexion ist ein Phänomen, das auftritt, wenn eine sich ausbreitende Welle in einem Winkel auf eine Mediengrenze auftrifft, der größer als ein bestimmter kritischer Winkel in Bezug auf die Normale zur Oberfläche ist. Wenn der Brechungsindex auf der anderen Seite der Grenze niedriger ist und der Einfallswinkel größer als der kritische Winkel ist, kann die Welle nicht passieren und wird vollständig reflektiert.

Der Brechungsindex ist ein kollektives Maß für die Atome/Moleküle des Gitters, auf die das Licht trifft, und hängt von den von ihnen aufgebauten kollektiven Feldern ab. Dies ist das Feld, an dem jedes einzelne Photon gestreut wird und an den Randbedingungen des Problems teilnimmt. Die Felder müssen so beschaffen sein, dass die einzelnen Photonen ab diesem Winkel nur noch in Rückwärtsrichtung gestreut werden.

Diese Antwort hat den Beigeschmack von „es passiert, weil es passiert“.
Sie sagten: "Der Brechungsindex ist ein kollektives Maß für die Atome / Moleküle des Gitters, auf das das Licht einfällt, und hängt von den von ihnen aufgebauten kollektiven Feldern ab." Von welchem ​​Feld sprichst du? Das elektromagnetische Feld? Ich verstehe nicht, sind die meisten Atome / Moleküle, auf die das Licht trifft, nicht im Wesentlichen neutral, weil die Ladungstrennung vernachlässigbar ist?
@garyp in gewissem Sinne ist es eine experimentelle Beobachtung, dass einige Medien lichtdurchlässig und einige undurchsichtig sind und transparente eine Winkelabhängigkeit von der Rückstreuung haben. Der Brechungsindex ist auch eine „es passiert, weil es passiert“-Erklärung. Die Beschreibung des quantenmechanischen Rahmens ist konsistent, ist alles, was ich sage.
@ Rorschach0007 Atome und Moleküle sind aus großer Entfernung gesehen neutral, aber es gibt Überlauffelder von der Form der Atom- und Molekülorbitale en.wikipedia.org/wiki/File:D_orbitals.svg , aus denen Materie in großen Mengen besteht. Dies sind die Felder, die Festkörper zusammenhalten, da die Orbitalformen so sind, dass positive (vom Kern) und negative (von den Elektronen) Felder unterschiedliche Raumregionen abdecken, sodass immer elektrische Feldlinien existieren. (gilt auch für Flüssigkeiten und Gase in loser Schüttung)
Hmm, was ich zu fragen versuche, ist, angenommen, dass Totalreflexion nie experimentell entdeckt wurde, wäre ein Physiker in der Lage, die Gleichungen für dieses Phänomen abzuleiten und die Existenz von TIR vorherzusagen, indem er nur Mathematik und Quantenmechanik verwendet? Können Sie auch die Randwertlösung für die Photonenstreuung erläutern? Wo fängt man überhaupt an?
Es ist ein Vielkörperproblem, und wenn man das makroskopische Verhalten nicht beobachtet hätte, warum sollte man sich die Mühe machen? Es braucht die Quantenfeldtheorie. Man kann hier anfangen quantenmechanik.ucsd.edu/ph130a/130_notes/node43.html aber warum?
Was genau passiert, wenn eine Totalreflexion auf Quantenebene stattfindet?
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