거울에 반사되는 입자와 파동

빛을 본질적으로 파동과 유사하다고 가정하는 견해가 있습니다. 이 견해에 따르면, 빛은 고요한 연못에 돌이 떨어졌을 때 잔물결이 연못의 표면 전체에 퍼지는 것과 유사한 방식으로 공간을 가로지르는 에너지를 생성합니다.반대되는 견해에서는 빛이 정원 호스 노즐에서 분사되는 작은 물방울과 같이 입자의 일정한 흐름으로 구성된다고 주장합니다.이 대화형 튜토리얼에서는 입자와 파동이 매끄러운 표면에서 반사될 때 어떻게 작용하는지 알아봅니다.

이 튜토리얼은 약 60도의 입사각으로 거울의 표면에 충돌하는 단색 적색광(광자)의 입자로 시작합니다.거울 표면에서 튕겨 나간 입자는 입사각과 동일한 반사각(거울에 수직인 평면에서 측정)으로 공간으로 돌아갑니다.거울 아래에 있는 Particle/Wave(입자/파동) 슬라이더를 사용하면 입자의 빔을 평면 파면으로 바꿀 수 있습니다.파동이 되기 전에, 입자는 스스로 파동으로 정렬합니다.

파동 이론과 입자 이론을 훌륭히 비교한 결과에서는 빛이 거울과 같은 매끄러운 반사면에서 반사될 때 발생하는 차이를 포함합니다.파동 이론에서는 광원이 모든 방향으로 퍼지는 광파를 방출한다고 추정합니다.거울에 충돌한 파동은 도달 각도에 따라 반사되지만, 각 파동의 앞뒤가 바뀌면서 반전된 이미지가 생성됩니다(그림 1).도달하는 파동의 모양은 광원이 거울에서 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 따라 크게 좌우됩니다.가까운 광원에서 나오는 빛은 구형의 고도로 휘어진 파면을 여전히 유지하는 반면, 원거리 광원에서 방출되는 빛은 더 많이 퍼지고 거의 평면에 가까운 파면으로 거울에 충돌합니다.

빛의 입자성 성질은 굴절 현상보다 반사 현상과 관련하여 훨씬 더 두드러집니다.근거리든 원거리든, 광원에서 방출된 빛은 입자의 흐름으로 거울 표면에 도달하며, 이런 입자는 튕겨 나가거나 매끄러운 표면에서 반사됩니다.입자는 매우 작기 때문에, 엄청난 수의 입자가 전파되는 광 빔에 포함됩니다. 이때 입자들은 상당히 밀접한 거리에서 나란히 이동합니다.거울에 충돌한 입자들은 서로 다른 지점에서 튕겨 나오므로, 반사 시 광 빔에서 순서가 반대로 되어 그림 1에 나와 있는 것과 같이 반전된 이미지가 생성됩니다.입자 이론과 파동 이론 모두 매끄러운 표면에서의 반사를 적절하게 설명합니다.하지만, 입자 이론은 표면이 매우 거칠 경우 입자가 다양한 각도로 튕겨 나가면서 빛을 산란시킨다는 점 또한 시사합니다.이 이론은 실험적 관찰과 매우 밀접하게 들어맞습니다.