なぜ光は反射するの？

質問

例えば、鏡に光が入射したとき、光は反射されますよね。それは、原子レベルでその現象を見たときどのような現象が起きているのですか？
光が入射することによって、その光を受けた鏡面では微視的に見ると何が起きて反射しているのでしょうか？光子の話や鏡の原子構造の話とかで説明できるのでしょうか？

　もうひとつ質問なのですが。
　例えば、木材に光を入射した場合と鏡に入射した場合とでは、反射光の光の強さ？が異なりますよね。これは、光子エネルギーが吸収されたり、なにかしら失われることによって説明できるのでしょうか？

　なんだかふと疑問に思ったので、どなたか教えてください！！宜しくお願いします。

回答No.3

anthracene · ベストアンサー

物性は専門でないので、不正確だったりあいまいな箇所があると思いますが、分かる範囲で説明してみます。

原子で光が散乱されるのはご存知ですか？
イメージ的には、No.1さんがおっしゃったようにボールが硬いものにぶつかって弾かれた、ということになります。
固体の中でも同じことが起きます。
X線の回折実験というのが高校物理で出てきます。X線が原子にあたると、跳ね返されてくる、というやつです。

もっとエネルギーが下がって、紫外線くらいになるとちょっと話は違ってきます。
何が起こるかと言うと、単純にカーンと弾かれてくるのではなく、光が吸収される現象が起きてきます。有機化合物なら、ベンゼンなどは紫外線を吸収しますね。
もうちょっとエネルギーが下がって可視光でも状況は同じで、光の吸収が起こるために色素は着色してきます。
木材も、中身は多種多様な有機物の塊で、光の吸収が強く起こります。

では金属と木材の違いはなんなのか？
金属の中身は、有機化合物のように個々の分子が詰まっているのではなく、いわゆる金属結合といって、自由電子が金属イオンの詰まっている中を飛び回っている状態です。
これは、電子が分子やイオンの中にとらわれている有機化合物および塩の中身とは大きく異なった状況です。
電子はかなり好き勝手に飛び回ることができ、その性質は電子が何も無い空間を気ままに運動しているというかなり乱暴に思えるモデルで、よく表すことができます。
細かいことは省きますが、金属が可視光を強く反射するのは、この自由電子のおかげです。外からやってきた光（可視光）によって、自由電子の”気体”が揺り動かされ、光は反射されます。

有機化合物でも金属光沢を発するものがあります。
パイ共役化合物といって、分子内をある程度自由に動くことのできる電子（パイ電子）を持つ化合物があります。分子をうまく設計すると、固体状態で分子同士のパイ電子が相互作用し、電子が固体全体を運動できるようになります。すると、上述した自由電子と同様の状況となり、炭素や窒素、硫黄などでできた化合物なのに金ぴかになったりします。

白川先生がポリアセチレンでノーベル化学賞をとられましたが、あのようなパイ共役高分子は半導体的な性質を持っており、ちょっといじってやると金属光沢を発します。

お礼

物理的に詳しく説明していただきありがとうございます。量子の世界って不思議ですね。大学ではこういった話の授業が少なかったので難しい専門用語が多かったのですが、自分で頑張って調べてみます！本当にありがとうございました！！

回答No.5

ewyr-05

手のひらを太陽にかざすと良く分かります。

どうも人間のからだは光を通過出来るようです。
木材のカンナクズを光にかざしましょう。
光は通過します。

この事から、通過率と吸収が関係があるらしいです。

海面は理想の電波反射体である。
こんな事を連想しました。
でも、光は５０ｍでも進むんです。

塗装した鉄はあまり光を反射しませんが、
電波は反射します。
これは、光が塗料に吸収された（内部に通過した）
こう見るべきでしょう。

鉄を０．１ミリのカンナクズと同じ厚さにしても、
光も電波も通過出来ません。

原子配列や密度に関係があるかもしれません。
きっと専門家さんが詳しく教えてくれるよ。
＾＿＾

お礼

回答ありがとうございます！違った観点からのイメージ話でイメージが掴めました。これから電磁波や量子の勉強をしたいと思うようになりました。ありがとうございました！！

回答No.4

YomTM

少し違った切り口で説明してみます。

　ボールが壁にぶつかって跳ね返るのは、微視的に見ると、電子雲の反発です。

　一方で、光子には粒子性と波動性がありますが、粒子性でこの現象を解釈するのは乱暴なような気がしますので、波動性で考えます。
　海の波や、ロープの振動をイメージしてみてはいかがでしょうか？防波堤や、ロープの固定端では、波やロープは反射されます（見えるのは、直接波と反射波の合成波ですが）。しかし、砂浜や、ロープの自由端では、あまり反射が起こりません。

　No.2やNo.3の方が正確だと思いますが、あくまでイメージ的なご説明ということでご理解くだされば幸いです。

お礼

回答ありがとうございます！光の性質って本当に不思議ですね。非常に分かりやすい話でイメージが出来ました。ありがとうございました！！

回答No.2

naganumajyun

光は電磁波の一種です。波の長さ、つまり波長の違いにより、ラジオたテレビで使用する電波だったり、赤外線だったり、紫外線だったり、Ｘ線やγ線の放射線になります。

この電磁波は電界（電気的雰囲気）と磁界（磁気的雰囲気）の変動が伝わっていくもので、物質中の電子は、電界によって力を受け、振動を始めます。

そもそも電磁波は、電荷が振動することによって発生しているとも言えるので、この物質中の電子の振動によって二次的な電磁波が発生します。

この二次的な電磁波を見ているのが反射光と言えるでしょうね。従って、物質中の原子の結合状態、その挙動によって、反射光は色々な様相を示すと考えられます。

お礼

回答ありがとうございます！光に関する様々な現象は、不思議で本当に面白いですね。ますます興味を持つようになりました。ありがとうございました。

回答No.1

abcdsfg

イメージとしては、ボールが何かにぶつかると跳ね返る・弾むのと同じだと思えばいいのでは？
堅いものにぶつかると、大きく弾むけど。やわらかいものだと小さい。

光の場合、堅いものが鏡にあたると思えば

お礼

回答ありがとうございます！わかりやすい話で頭の中でイメージできました。