Strona głównaPytania → Jak długo trwa odbicie się...

Jak długo trwa odbicie się światła?

Pytanie

Pyta Jacek

Jak długo trwa odbicie się światła od czegokolwiek? Najprościej rozważyć lustro na które pada światło. Jak długo trwa odbicie się fotonu od metalu? Aby zrobić eksperyment nie trzeba dużo, wystarczy pewnie długa tuba z kilkunastoma ściankami. Jak pusty długi ołówek. Wewnątrz wystarczy puścić jednorodne światło laserowe i zobaczyć czy pojedynczy foton po odbiciu się ileś razy przybędzie w innym czasie czy nie. Chodzi o to, czy zjawisko przejścia fazowego wykonywanego wielokrotnie jest takie samo jak zjawisko dokonane jeden raz. Może po prostu nie sprawdziliśmy czy eksperyment przeprowadzony jednokrotnie jest tak szybki, że nie jesteśmy w stanie zaobserwować różnicy. A może jest znana odpowiedź na to pytanie?

Odpowiedź

Odpowiada Piotr Wasylczyk

Rozumiem, ża ma Pan na myśli eksperyment, w którym krótki impuls światła odbija się od zwierciadła. Musi to być impuls, gdyż w przeciwnym razie nie będziemy mogli dobrze określić jego położenia (a więc i czasu przybycia). Takie eksperymenty, w których śledzono impuls laserowy odbijający się od lustra wykonano już jakiś czas temu – odsyłam np. do publikacji w Nature z 2014 r.

Generalnie mechanizmy oddziaływania światła z materią (a więc np. z metalem pokrywającym lustro) są dobrze znane. Pole elektromagnetyczne oddziałuje z elektronami (swobodnymi w metalu, związanymi w izolatorach) i wymusza ich ruch. Poruszające się ładunki są z kolei źródłem pola elektromagnetycznego i w ten sposób światło rozchodzi się (albo odbija) od lustra (metalowego albo tzw. dielektrycznego, złożonego z wielu warstw przezroczystych materiałów). Oczywiście czasy odpowiedzi elektronowej są skończone, co ma np. wpływ na współczynnik załamania materiałów, a więc i to, jak światło rozchodzi się w materiale pokrywającym lustro.

Jeśli chodzi o pojedyńczy foton, to trzeba pamiętać, że sprawy znacznie się komplikują. W tym przypadku musimy wziąć pod uwagę statystyczne własności światła na poziomie kwantowym – pomiar (np. położenia, czasu przylotu, widma) wykonany na jednym „egzemplarzu” fotonu jest jedynie próbką, którą rządzą prawa statystyki.