4.4. Отражение и преломление светового луча

Современная квантовая теория света рассматривает свет как поток частиц (фотонов), распространяющихся по законам распространения электромагнитных волн. При падении монохроматической световой волны на идеально плоскую границу раздела двух диэлектриков, волна

частично отражается, а частично преломляется.

Первый подход состоит в том, что на детальном уровне осуществляется рассмотрение воздействия световой волны на электрические заряды атомов среды (электроны, ионы). Световая Электромагнитная волна возбуждает колебания заряженных частиц с частотой колебаний электрического вектора, а они, в свою очередь, излучают вторичные электромагнитные волны. Интерференция всех вторичных волн с падающей световой волной приводит к возникновению преломленной и отраженной волн. При данном подходе необходимо учитывать воздействие на каждый атом среды не только падающей световой волны, но и всех вторичных волн, что ведет к громоздким вычислениям, а самым главным недостатком является сама гипотеза взаимодействия световой волны с атомами среды (гипотеза переизлучения).

Второй подход основан на использовании феноменологической электродинамики, т.е. системы уравнений Максвелла и вытекающих из них граничных условий для электромагнитного поля. При данном подходе свойства среды задаются показателем преломления или диэлектрической проницаемостью, а вопрос о связи между показателем преломления и свойствами атома среды остается открытым. Однако, ни первый, ни второй подходы не раскрывают физики процесса пррхож- дения световым лучом как границы раздела двух прозрачных сред, так и через среду.

Согласно гипотезе эфирной природы электромагнитных волн — свет это колебания эфирных частиц — эфитонов, которые распространяются в виде волн.

Из опытов установлено (рис. 4.4.1, 4.4.2), что отражение и преломление света, т.е. изменение направления распространения света при прохождении через границу раздела двух прозрачных сред, определяются известными соотношениями:

Sini/Sini = с,/с = n,/n,, i =i ,              (4.4.1)

п              пр              12              2              I’              п отр’              v              '

где in, Jnp и Jffrp — углы падения, преломления и отражения, п, ип2 — показатели преломления сред, C1HC2 — скорости света в первой и второй средах.

Рис. .4.4.1

Выше было показано (п.4.3), что световая волна представляет собой упругую волну колебаний эфитонов и электромагнитную волну вращения эфитонов. Упругая продольная волна определяет направление распространения отраженной й преломленной волн, а электромагнитная волна — поляризацию света при отражении и преломлении.

Учитывая, что длина монохроматической волны X во много раз больше межатомных (межмолекулярных) расстояний в среде, можно полагать, что эфитоны световой волны при падении на идеально плоскую границу раздела двух диэлектриков одновременно испытывают как механическое, так и электромагнитное воздействие от эфирного поля данной границы. Механическое воздействие эфитоны испытывают подобно тому, как упругий шарик при ударе о стенку.

Пусть в момент падения на плоскую границу раздела эфитон обладал

энергией W3 (рис. 4.4.3), вектор которой совпадал с направлением движения упругой световой волны. Данный вектор может быть разложен, по отношению к плоской границе, на нормальную составляющую Wm = = W3Cosin и тангенциальную составляющую W3t= W3Sinin.

(4.4.2)

Эфитоны световой волны в процессе взаимодействия с эфирным полем плоской границы, как правило, продолжают совершать колебания в области своего расположения, а у них изменяются только направление и амплитуда колебаний. Так как частота колебаний эфитонов

в отраженной и преломленной волнах остается равной частоте колебаний в падающей волне, то энергия в отраженной и преломленной волнах снижается за счет уменьшения амплитуды колебаний эфитонов по сравнению с амплитудой падающей волной.

При прохождении светового луча через с?еду он отклоняется (преломляется) от направления падающего луча Рис. 4.4.3              на уГОЛ

Почему это происходит?

Рассмотрим прохождение монохроматического луча через призму.

Пусть луч достигает призмы своей нижней границей в момент времени t,, а своей верхней границей в момент времени tj (рис. 4.4.4). Тогда за время At = I2 - tt световое возбуждение своей нижней границей успеет пройти внутри призмы расстояние А'Б'. Пути АБ и А'Б' таутохром-

ны, т.е. пройдены световым лучом за одинаковые промежутки времени, или, другими словами, равной оптической длины. Однако учитывая, что скорость распространения света в призме C2 из-за большей плотности эфирного поля меньше, чем в воздухе с,, то отрезок А'Б' будет всегда меньше отрезка АБ.

Назовем отношение энергии отраженной волны к энергии падающей волны коэффициентом отражения К^К^ = WxyipZW3), а отношение энергии преломленной волны к энергии падающей волны коэффициентом преломления К^К^ = W3npZW3). Рассмотрим два предельных случая: в первом — плотность межатомного эфирного поля среды равна плотности эфирного поля в воздухе (p2Zp, = I), а во втором — стремится к бесконечно большой величине (р2 —* да). Очевидно, что в первом случае отраженной волны не будет, а энергия проходящей (преломленной) волны будет равна энергии падающей волны (in = inp; а = 0; W3np = W3). Во втором же случае картина будет обратная.

При большой плотности межатомного эфирного поля среды плоская граница раздела двух диэлектриков будет обладать большой упругостью, которая будет препятствовать образованию преломленной волны (inp = 0; а = in; W301p = W3). Отсюда следует, что коэффициенты отражения и преломления световой волны изменяются от 0 до I, а в общем случае они будут равны:

(4.4.3)

Таким образом, при падении монохроматической световой волны на идеально плоскую границу раздела двух диэлектриков образуются отраженная и преломленная волны, сумма энергий которых равна энергии падающей волны. Коэффициенты Koip и Knp определяют распределение энергии падающей волны между отраженной и преломленной волнами.