Поглощение и отражение света в корпускулярной модели

[peg59]

Фейнман в третьем томе своих лекций по физике рассматривает очень простую модель атомов как электронов на пружинках (гармонических осцилляторов), и для электромагнитной волны получает выражение для коэффициента преломления. Причем результат объясняет и нормальную, и аномальную дисперсию, и поглощение.

[Anton_Peplov]

peg59 в сообщении #1572954 писал(а):

Фейнман в третьем томе своих лекций по физике рассматривает очень простую модель атомов как электронов на пружинках (гармонических осцилляторов), и для электромагнитной волны получает выражение для коэффициента преломления. Причем результат объясняет и нормальную, и аномальную дисперсию, и поглощение.

Так это ж вроде обычная волновая модель. Свет - волна, атом - осциллятор. С ней мне все понятно. Тема не про нее.

[Cos(x-pi/2)]

(Оффтоп)

Mikhail_K в сообщении #1572921 писал(а):

Под "цепочкой объяснений" я понимал не логическую цепочку из выводов, а набор объяснений для самой разной аудитории. <...>
Можно отмахнуться от этой задачи, но тогда те, кто спрашивают - сначала перестанут спрашивать, а потом перестанут доверять и тому, что вы говорите сами, по своей инициативе. Ничем хорошим такое исчезновение доверия к науке закончиться не может, а плохим - может.

Насколько я понял, в этом рассуждении содержится упрёк в стремлении "отмахнуться от задачи", и адресован он физикам.

Если так, то на деле всё наоборот. Физики тщательно изучали и постоянно продолжают изучать (в ходе чтения лекций студентам, написания учебных пособий, статей) воможности популяризировать квантовую науку, пытаются так и эдак, но не находят удовлетворительного решения, и в результате обоснованно приходят к выводу - "дело безнадежное, от которого скорее вред чем польза." А вот фантазёры, не утруждающие себя детальным обдумыванием своей мечты о доступном всенародному пониманию фотоне, отмахиваются от этого выстраданного физиками вывода; и тем самым поощряют сочинителей всякой ерунды, коих в интернете пруд пруди.

Вот два известных мне примера научно-популярных текстов о фотонах (не исключаю, что это можно отнести к числу лучшего из имеющейся литературы, ориентированной на широкий круг читателей; авторы - высококлассные физики):

1. "Что же это такое - фотон?" - перевод статьи в сборнике № 6 1974 г., стр. 49, издательство Знание , "Физики о физике. Элементарные частицы и физика ядра". (Поиском в яндексе нашёлся сайт с djvu-сканом, см. там пункт [1010].) В переводе отсутствуют иллюстрации, и написание формул неважное. Оригинал статьи доступен через sci-hub по идентификатору 10.1063/1.3070771

"The concept of the photon"
Marian O. Scully and Murray Sargent
Physics Today v.25(N3), pp.38-47 (1972)
https://physicstoday.scitation.org/doi/ ... /1.3070771


2. Многократно упоминавшаяся книжка с популярными лекциями Фейнмана "КЭД - странная теория света и вещества". (djvu-скан в пубЛиб.)

Полагаю, это следует прочитать, обдумать, и затем последовать совету "разобраться глубже" прежде, чем пытаться на ходу сочинять рассказы про фотоны для школьников.

[Anton_Peplov]

Если что, модельку (высокого звания модели сие не заслуживает), описанную в стартовом посте, я сочинил не совсем самостоятельно. У Ландсберга на тех же страницах, где детально разбирается волновое приближение, упоминается и боровское приближение, где собственная частота колебаний атома соответствует энергии перехода с основного уровня на возбуждённый; колеблющийся атом = возбуждённый атом; излучение вторичных волн = испускание фотонов возбужденным атомом". Правда, свойства собственно фотона там не конкретизируются. На схему "атом поглощает и переизлучает фотон, на это тратится время, и поэтому средняя скорость света в веществе меньше $c$" я наткнулся на сайте какого-то из российских вузов (к сожалению, ссылку не сохранил). Моделька, описанная в стартовом посте, представляет собой наиболее простое и наивное представление, возникшее в голове после чтения этих слов. Никто не сомневался, что оно некорректно, вопрос был в том, насколько оно плохо, где именно оно врет, чего не объясняет. Я назвал эффекты, которые мне не удалось объяснить в этой модельке, и предположил, что они связаны с наличием у фотона волновых свойств, которых в модельке нету. Знающие люди объяснили, что, вообще говоря, и волновые свойства не помогут, потому что фотон в веществе - это не фотон в вакууме, так что идея "фотон распространяется между атомами как в вакууме" порочна по сути своей. Это я в состоянии осознать.

Но ув. lel0lel сказал, что и предположение о переизлучении вторичных фотонов на той же частоте неверно. И тут уж я пришел в замешательство, потому что в волновой модели вторичные волны именно что переизлучаются на той же частоте.

Но ладно, я готов поверить уважаемым физикам, что такие модельки сочинять бессмысленно, поскольку они врут примерно везде и не объясняют примерно ничего, а если что и объясняют, то неправильно.

[lel0lel]

Anton_Peplov в сообщении #1572992 писал(а):

Но ув. lel0lel сказал, что и предположение о переизлучении вторичных фотонов на той же частоте неверно. И тут уж я пришел в замешательство, потому что в волновой модели вторичные волны именно что переизлучаются на той же частоте.

В общем случае, конечно, неверно. Также и точной когерентности уже не будет, так как время переизлучения будет хотя бы немного флуктуировать. Но я не исключаю, что в некоторых случаях, когда частота совпадает с резонансными возбуждениями, переизлучение играет основную роль в замедлении потока. Вообще стоит отметить, что разных вариантов замедлению света довольно много, например дифракционные решётки, стоявшие одна за другой, способны замедлить свет. И вроде же нет никакого переизлучения, только лишь принцип Гюйгенса -Френеля. Также можно вспомнить китайскую систему оповещения, когда зажигали костры, тоже ведь замедление связано с тратами времени на поджигание костра охраной. Не исключаю, что и в веществе в некоторых случаях возможна такая ситуация, хотя когерентность несколько нарушается. Лично мне ближе модель, в которой волна, взаимодействуя с веществом, не обязательно с одним электроном, возможно многочастичное взаимодействие, приобретает эффективно массу, что приводит к замедлению потока. Здесь тоже фактически есть некоторое переизлучение, но оно почти когерентное, не связано с переходами между отдельными энергетическими уровнями для электрона в атоме. Кстати, почитав вчера перед сном Зельдовича, заметил, что по сути там просто подгоняют модель под эксперимент, но это совершенно нормально, причём за основу принимают не процессы переизлучения-поглощения, а связь скорости света с диэлектрической проницаемостью. В принципе можно вообще было не говорить про переизлучение, просто решить задачу об атоме в электрическом поле. Таким образом, природа замедления света в принципе оказывается неважна. Просто теория Максвелла. А если разбираться в природе, то такие модели все оказываются слабыми. Кстати, в том же Зельдовиче, сказано, что ещё Коши получил хорошую модель, опираясь на свойства светоносного эфира.

[lel0lel]

lel0lel в сообщении #1572998 писал(а):

Кстати, почитав вчера перед сном Зельдовича,

Виноват, речь о Ландсберге)