Wie können wir anhand der Quantenmechanik erklären, warum wir sehen, wie sich Lichtstrahlen krümmen, wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht? [Duplikat]

Brechung: Ich möchte eine qualitative quantenmechanische Erklärung dafür, warum wir Lichtstrahlen – im klassischen Bild – biegen sehen, wenn Licht von einem Medium zum anderen geht. Ich habe gelesen, dass dies auf die Erhaltung von Energie und Impuls zurückzuführen ist, habe aber keine Erklärung für den Grund der Winkeländerung gefunden.
Reflexion: Wieder eine qualitative Erklärung, warum der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist.

BEARBEITEN 1: Was ich suche, ist wirklich eine Erklärung darüber, welche Wechselwirkungen die Photonen durchlaufen (wie zum Beispiel Absorption und Emission durch Moleküle), die uns unter Berücksichtigung aller Wechselwirkungen der Photonen das makroskopische Bild davon geben, wie Licht reflektiert und bricht.

BEARBEITEN 2: Ich möchte wirklich eine Antwort, die den Grund enthält, warum der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist und warum der Winkel der Brechung so ist, wie er ist.

Es gibt keine Lichtstrahlen in QM, also kann man "das" nicht wirklich erklären. Was Sie tun können, ist, einen freien EM-Wellenzustand an ein Kristallgitter zu koppeln und herauszufinden, dass die Richtung des Wellenvektors des Quasiteilchenzustands, der innerhalb des Mediums existiert, den bekannten Gesetzen für die Brechung folgt. Würde das Ihren Wunsch konzeptionell erfüllen? Ich glaube aber, dass wir diese Frage schon mehrfach hatten... bestimmt wird jemand die Links für dich ausgraben.
Ich habe gerade editiert, als du den Kommentar gepostet hast! Nun, was ich wirklich will, ist, was auf mikroskopischer Ebene passiert, was uns das makroskopische Bild des Lichts gibt, das wir haben (der übliche Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel und so weiter).
Auf mikroskopischer Ebene wird der freie em-Zustand zu einem Quasi-Teilchen-Zustand. Die Ergebnisse sind, soweit ich weiß, im Wesentlichen identisch mit der halbklassischen Theorie, es sei denn, wir betrachten Dinge wie die Wechselwirkung eines Laserfelds mit zB einem Haufen ultrakalter Atome.
Um die Wahrheit zu sagen, ich betrachte etwas in der Art der Photonenabsorption und -reemission und der Erhaltung von Energie und Impuls, da dies die üblichen Dinge sind, mit denen sich Bücher befassen (und auf meiner Ebene liegen). Ich habe das fast vollständige Bild mit den Komponenten, die ich erwähnt habe, aber der Grund für den Winkel der beiden Phänomene ist das, was fehlt.
Dann sehen Sie das Falsche, denn einzelne Photonen sind für die Physik auf der Ebene der Strahlenoptik völlig irrelevant. Die Strahlenoptik folgt aus der Wellenoptik, und es sind keine quantenmechanischen Effekte erforderlich, um sie aus den "ersten Prinzipien" wiederherzustellen. Die QM-Wechselwirkung von Licht mit Festkörpern muss weder Impuls noch Energie erhalten (und in den Fällen, die von praktischem Interesse sind, tut sie dies auch nicht), so dass Sie wieder praktisch 100% der interessanten Physik mit der Frage verpassen, indem Sie kleben zu einem theoretischen Grenzfall, der gar nicht eintritt.
Ich habe mich hier mit einer ähnlichen Frage beschäftigt . Prüfen Sie, ob das hilft.
Nein, ich suche keine Erklärung mit einzelnen Photonen. Ich weiß, dass die beobachteten makroskopischen Effekte auf das Nettoergebnis der Photonen zurückzuführen sind, aber ich kenne einfach nicht den zugrunde liegenden Mechanismus, den diese Photonen durchlaufen, um das makroskopische Bild zu erhalten.
Mögliche Duplikate: physical.stackexchange.com/q/2041/2451 , Physics.stackexchange.com /q/6428/2451 , Physics.StackExchange.com /q/10301/2451 , Physics.StackExchange.com /q/83105/2451 und Links darin.
@garyp ja, es hilft, aber ich möchte die Extrameile gehen, vor der die akzeptierte Antwort fast zurückschreckt! Aber ja, das ist die Richtung der Antwort, nach der ich suche.
Meine Frage ist also... wenn Sie die Extrameile gehen... wie wählen Sie die wenigen QM-Lösungen aus, die die Eigenschaften haben, die Sie wollen, von denen, die das nicht haben... was im Grunde alle sind? Die Wechselwirkung von Festkörpern mit Licht ist extrem reichhaltig und alles, was Sie verlangen, ist der langweiligste Fall. QM gibt Ihnen nicht nur den langweiligsten Fall, es gibt Ihnen alles auf einmal, es sei denn, Sie werfen zusätzliche Ad-hoc-Annahmen in Ihre "Ableitung".
Schlussbemerkung (vielleicht). Ich nehme Ihren Satz "Nettoergebnis aus den Photonen" zur Kenntnis. Ich bin mir nicht sicher, was Sie meinen, aber wenn Sie an Photonen als "Teilchen", kleine Murmeln, denken, sind Sie zum Scheitern verurteilt. Stellen Sie sich diese besser als Anregungen des EM-Feldes vor.
Ausgehend davon sollten Sie Ihre Frage wirklich neu formulieren, um 1 zu berücksichtigen: was Sie seit 2 gelernt haben: was den Menschen helfen würde, zu verstehen, was Sie bereits wissen und wonach Sie suchen.
Leute, ich bin echt uneingeweiht was QM angeht. Ich habe Optik von Hecht gelesen, wo er die Eigenschaften von Licht erklärt und eine einfache Erklärung gibt, was mikroskopisch mit Photonen passiert und wie wir das makroskopische Bild erhalten. Es ist wirklich einfaches Zeug. Ich wähle nichts aus. Ich folge einfach dem Muster des Buches. Aber das Buch erklärt nicht wirklich, was der Grund für den Reflexions- und Brechungswinkel ist, und ich möchte nur den Grund dafür qualitativ herausfinden.
Warum nicht lesen? Soll ziemlich günstig sein. goodreads.com/book/show/5552.QED Auch das Beste, was ich je gelesen habe.
Um diesen Beitrag (v6) erneut zu öffnen, ziehen Sie die Fokusfrage in Betracht. Richten Sie insbesondere Titel und Hauptteil aus. Tipp: Stellen Sie sicher, dass Posts nicht wie Revisionsverläufe aussehen .

Antworten (1)

Wie aus unzähligen Photonen eine klassische elektromagnetische Welle entsteht, sehen Sie in diesem Blogeintrag. Es ist nicht einfach, man braucht zunächst die Quantenfeldtheorie. Man sollte die Wechselwirkung eines einzelnen Photons mit einem Kristallgitter erhalten, und man kann eine quantenmechanische Lösung erhalten, die die Wahrscheinlichkeit angibt, dass das Photon den Kristall streut oder durchdringt. Dann muss man die im Blog-Link oben beschriebene Logik / Mathematik verwenden, um zu sehen, wie der klassische Strahl mit seiner Beugung entstehen würde

BEARBEITEN: Was ich suche, ist wirklich eine Erklärung darüber, welche Wechselwirkungen die Photonen durchlaufen (wie zum Beispiel Absorption und Emission durch Moleküle), die uns unter Berücksichtigung aller Wechselwirkungen des Photons das makroskopische Bild davon geben, wie Licht reflektiert und gebrochen wird .

Photonen können mit Materie interagieren, indem sie

a) elastische Streuung : nur der Winkel ändert sich und nicht die Energie

b) inelastische Streuung mit dem Feld der getroffenen Materie: in diesem Fall ändert sich die Frequenz und damit die Farbe.

c)Absorption durch atomare und molekulare Schichten: In diesem Fall verschwindet das Photon und trägt nicht mehr zum Lichtstrahl bei. Das Atom kann entregt werden und ein Photon mit gleicher Frequenz kommt heraus, aber es wird nicht länger mit dem Lichtstrahl kohärent sein, weil die Emissionsrichtung anders sein wird als die Richtung des makroskopischen Strahls.

In der Reflexion kann man also die einzelnen Photonen elastisch streuen und die Phasen zwischen ihnen halten, und so können die Bilder reflektiert werden.

Bei der Brechung müssen jedoch die quantenmechanischen Lösungen hereinkommen, um zu zeigen, dass die gestreuten Photonen eine Kohärenz beibehalten, und ich kann nicht sehen, wie man ohne Auflösung nach einem bestimmten Gitter und Summierung der einzelnen Photonen einen Brechungsindex von Hand winken kann. Siehe auch die Antwort von Marek hier. und diesen Link hier .

Wie können wir anhand der Quantenmechanik erklären, warum wir sehen, wie sich Lichtstrahlen krümmen, wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht? [Duplikat]
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v