Wie interagiert Licht bei der Brechung mit Elektronen, wenn es nicht absorbiert wird? [Duplikat]

Wenn ein Photon mit einem Atom interagiert, können drei Dinge passieren:

1. Bei der elastischen Streuung behält das Photon seine Energie und ändert seine Richtung

2. Bei der inelastischen Streuung gibt das Photon einen Teil seiner Energie an das Atom ab und ändert seine Richtung

3. Absorption, das Photon gibt seine gesamte Energie an das Atom ab, und das absorbierende Elektron bewegt sich gemäß QM auf ein höheres Energieniveau

Wenn Licht in Glas gebrochen wird, handelt es sich in Ihrem Fall um elastische Streuung, die sogenannte Rayleigh-Streuung, Spiegelreflexion. Nur so bleibt ein Spiegelbild erhalten und das Photon behält seine Energien und Phasen. Und alle Photonen werden kohärent gestreut.

Wenn Photonen ihren Weg durch Glas finden, verhält sich das Gitter wie im Doppelspaltexperiment. Selbst wenn Sie im Doppelspaltexperiment jeweils nur ein Photon abschießen, bewegt es sich als Welle, und Teile der Welle interagieren miteinander. Dadurch entstehen Interferenzen. Die einzige konstruktive Interferenz ist der Weg, den die Wellenfront nehmen wird (helle Teile des Bildschirms). Alle anderen Richtungen werden wegen destruktiver Interferenz (dunkle Teile des Bildschirms) nicht verwendet.

Dasselbe passiert im Glas mit dem Gitter. Die Wellen gehen durch die Zwischenräume des Gitters, und die Wellen der Photonen werden interferieren. Die destruktive Interferenz löscht jede andere Richtung als die Richtung der Wellenfront aus. Konstruktive Interferenz bewirkt, dass sich die Wellenfront in eine bestimmte Richtung bewegt.

Nun bedeutet virtuelle Absorption den Streuvorgang. Die Photonen interagieren mit den Atomen, aber die Elektronen (um die Kerne herum) werden sie in diesem Fall nicht physikalisch absorbieren, und die Elektronen werden sich gemäß QM nicht auf höhere Energieniveaus bewegen. Im Fall von Glas ist dies elastische Streuung, und deshalb behalten die Photonen ihre Energie und Phase und die Elektronen (um die Kerne herum) gewinnen keine kinetische Energie.

Jetzt fragen Sie sich im Grunde, warum und wie Licht, das durch Glas fällt, Glas noch heißer machen kann. Wackeln die Elektronen ist nicht richtig zu sagen. Richtig ist, dass bei Glas alle drei Dinge mit den Photonen passieren, elastische Streuung (dadurch bewegt sich das Bild im Glas), unelastische Streuung und Absorption. Es ist das Verhältnis dieser drei Wechselwirkungen, das sich von anderen Materialien unterscheidet. In Glas ist der Anteil elastischer Streuung am höchsten.

Das Verhältnis der unelastischen Streuung, die, wie Sie sagten, wackelt, ist bei Glas kleiner, funktioniert aber immer noch. Bei der inelastischen Streuung geben die Photonen nun einen Teil ihrer Energie an die Atome und Moleküle ab. Wir müssen klarstellen, dass das, worüber Sie sprechen, das Wackeln, Schwingung der Moleküle genannt wird. Das nennen wir Temperatur des Glases. Wenn Photonen einen Teil ihrer Energie an die Atome und Moleküle des Glases abgeben, steigt die Schwingungsenergie der Moleküle, die Temperatur steigt.

Auch das Verhältnis der realen Absorption im Glas ist kleiner. Einige der Photonen werden wirklich von den Elektronen der Atome absorbiert, und dann werden diese Elektronen entspannt und emittieren erneut Photonen.

Sie fragen nach Dispersion, ein kontinuierliches Spektrum enthält viele verschiedene Farben oder Wellenlängen ohne Lücken. Perfekt weißes Licht, das durch ein Prisma gestrahlt wird, erzeugt eine Dispersion. Dies ist ein kontinuierliches Spektrum.

Der Grund, warum Sie eine Geschwindigkeit kleiner als c erhalten, liegt in der Art und Weise, wie Sie die Geschwindigkeit für die Wellenfront berechnen. Sie verwenden einen geraden Weg als Entfernung und teilen ihn durch die Zeit, die die Wellenfront benötigt, um das Glas zu passieren. Die einzelnen Photonen bewegen sich immer mit der Geschwindigkeit c (lokal gemessen), weil sie sich im Vakuum immer zwischen den Atomen bewegen. Aber wenn die Photonen von den Atomen des Glases gestreut werden, ändern sie ihren Weg, weil die Wellen interferieren, und die einzige konstruktive Interferenz wird der Weg sein, den das Photon von Atom zu Atom geht. Aber dieser Pfad wird nicht der gleiche Pfad durch das Glas sein wie der gerade Pfad, mit dem Sie die Geschwindigkeit berechnen.

Hier ist ein Bild eines Photons, das sich seinen Weg aus der Sonne bahnt. Es könnte 100000 Jahre dauern, bis ein Photon das dichte Gas durchdringt. Ist die Geschwindigkeit der EM-Welle so langsam? Nein. Das Photon bewegt sich mit der Geschwindigkeit c (lokal gemessen) zwischen den Atomen. Aber da es mit so vielen Atomen interagiert und sich als Welle ausbreitet, interferieren Teile der Welle miteinander, und das ändert den Weg des Photons.

In Glas ist es ein bisschen ähnlich, und deshalb verlangsamt sich die Wellenfront. einzelne Photonen bewegen sich immer noch mit der Geschwindigkeit c zwischen den Atomen.