Wie funktioniert Reflektion?

Ich werde einfach weitermachen und das aufschreiben, obwohl es bereits in dem anderen Thread behandelt wurde ... aber ich habe es dort nicht gepostet :)

Erstens, wenn Sie sich Licht als (Skalar-)Welle vorstellen (was wirklich eine halbklassische Denkweise ist, aber ausreichen könnte, um Ihre Frage zu beantworten), können Sie sich auf das Huygen-Fresnel-Prinzip berufen, das in diesem Fall darauf hinausläuft, alles zu berücksichtigen Punkt auf der reflektierenden Oberfläche als Ursprung einer reemittierten Kugelwelle mit einer Startphase, die direkt mit der Phase in Beziehung steht, die der Punkt von der einfallenden Wellenfront erhalten hat.

Die Überlagerung dieser Wellenfronten, nachdem Sie sie destruktiv miteinander interferieren lassen, ergibt eine neue kombinierte Wellenfront, die sich gemäß dem Snellschen Gesetz ausbreitet (Einfallswinkel = Reflexionswinkel). Siehe dieses Bild für die entsprechende Darstellung der Brechung (die sehr ähnlich ist, ich konnte nicht schnell ein gutes Bild der Reflexion finden):

Nun verhält sich Licht wirklich nicht "mal wie ein Teilchen, mal wie eine Welle". Es wird immer als Quanten (Teilchen) detektiert, aber die Wahrscheinlichkeitsamplituden (Phasen) breiten sich wellenförmig aus. Eine Möglichkeit, die Ausbreitung auszudrücken, besteht darin, zu sagen, dass ein Photon eine Art Teilung ist und jeden möglichen Weg zwischen A und B nimmt (oder im Fall eines Reflektors von A zu einem beliebigen Punkt auf dem Reflektor und dann von dort zu Punkt B auf jeden Fall). Jeder Pfad erhält einen Phasenbeitrag, und alle nicht unterscheidbaren Pfade werden summiert. Die meisten Pfade heben sich einfach auf, aber einige stören sich konstruktiv und erzeugen einen großen Beitrag (falls Sie QM nicht kennen, ist die Wahrscheinlichkeitsamplitude im Quadrat die Wahrscheinlichkeit des beschriebenen Ereignisses, sodass ein großer Beitrag bedeutet, dass dieses Ergebnis höchstwahrscheinlich eintritt).

Im Fall des Reflektors tritt der große Beitrag beim klassischen Reflexionswinkel auf (wieder Snellsches Gesetz). Beachten Sie die Ähnlichkeit zwischen dieser Formulierung (Pfad-Integral-Ansatz genannt) und dem oben umrissenen halbklassischen Prinzip; das ist natürlich kein zufall.

Um auch kurz auf Ihre implizite Frage zur "Reflexionszeit" pro Atom ungleich Null abzuschweifen - zu sagen, dass eine Elektronenumlaufbahn die Photonenenergie für eine Weile absorbiert und sie eine Zeit ungleich Null später wieder emittiert, ist natürlich auch eine leichte Vereinfachung. In Wirklichkeit interagiert das Elektron mit einem Photon, ändert seinen Impuls ein wenig, emittiert (interagiert) mit dem neuen Photon und ändert seinen Impuls erneut. Dieser Streuprozess tritt bei allen erlaubten Impulsen und Zwischenzeiten auf, die dann alle wie oben überlagert werden, und daher bin ich mir nicht sicher, ob es sinnvoll ist, von einer nennenswerten Reflexionszeit zu sprechen. Beachten Sie, dass sich diese Streuung in der Praxis stark von der Streuung unterscheidet, die das Elektron zu einer anderen Umlaufbahn anregen kann.

Tatsächlich halte ich die Reflexion einer Welle für einfacher als die Reflexion eines Teilchens: Angenommen, wir haben ein Medium, in dem sich die Welle leicht ausbreiten kann, dh ihre Amplitude kann frei variieren, wodurch eine Art Wellengleichung erfüllt wird. Man kann sich das wie eine Folge von Oszillatoren vorstellen, bei denen jeder seine Energie immer an den nächsten weitergibt.

Wenn wir der Welle jetzt eine Mauer in den Weg stellen, schaffen wir im Wesentlichen nur eine Region, in der es keine oder viel weniger Oszillatoren gibt, um die Energie zu übernehmen. Was macht die Welle also? Es kann nicht in der ursprünglichen Richtung weitergehen, es gibt keine Möglichkeit, die Energie loszuwerden. Die Oszillatoren haben also keine andere Wahl, als die Energie durch das Medium zurückzuschicken.