Законы отражения и преломления света на границе двух сред сформулированы около четырёхсот лет назад. Они просты и понятны. Но на вопрос о том, почему свет ведёт себя подобным образом, физика не может ответить до сих пор.
Во многом это связано с тем, что современная физика не достаточно полно и точно понимает природу фотонов.
Классическая физика никак не может определиться с корпускулярной и волновой природой фотона. Квантовая механика вообще отказалась от философского осмысления физических явлений.
Поэтому в настоящее время общепризнанным является дуализм фотонов. Причём в худшем понимании этого термина. То есть, в случае, если возможно описать явление с корпускулярной точки зрения, то фотон считается частицей. Если явление может быть описано только с волновой точки зрения, то фотон считается волной. Следовательно, природа фотона определяется математическим аппаратом, используемым для описания какого-либо явления.
Другая, не менее сомнительная трактовка дуализма заключается в том, что свет распространяется как волна, а взаимодействует как частица.
Третий подход к дуализму предполагает, что квантовые явления не имеют классических аналогов. Поэтому, следует просто принимать результаты вычислений, а рассуждать о волновых и корпускулярных свойствах фотонов неуместно.
Отмечу, что процессы отражения и преломления света на границе двух сред в физике рассматриваются только со статистической точки зрения, то есть для светового потока. При этом остаётся открытым вопрос о том, как ведёт себя одиночный фотон на границе двух сред. Как он решает, что ему делать – отражаться или преломляться?
Вот что по этому вопросу приводится в классическом учебнике по оптике (Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 4. Оптика.)
Отражение и преломление света корпускулярная теория объясняла силами притяжения и отталкивания, действующими на световые корпускулы в очень тонком приграничном слое вблизи границы раздела сред, на которую падает свет. Внутри приграничного слоя путь световой корпускулы искривляется, по выходе из него корпускула движется снова прямолинейно и равномерно, но уже в другом направлении. Если корпускула отражается, то она возвращается в первую среду с прежним значением скорости. Если же корпускула проходит во вторую среду, то величина ее скорости изменяется (рисунки 9 и 10).
Стр.21
Корпускула всегда ведет себя как целое. Она не может разделиться на две части, из которых одна отражается, а другая проходит во вторую среду. В противном случае падающий, отраженный и прошедший свет был бы окрашен различно. Для преодоления этой трудности Ньютон ввел идею о приступах легкого отражения и легкого прохождения, в которых периодически может находиться световая корпускула. Если корпускула подходит к границе сред в приступе легкого отражения, то она отталкивается и отражается. Если же это случится в приступе легкого прохождения, то произойдет притяжение и прохождение корпускулы во вторую среду.
Стр.27
Это объяснение процесса отражения и преломления света находится в удивительном согласии с моей гипотезой о природе фотона. В публикации «Часть 2.13. Фотон – это волна или частица? Каковы размеры, масса и заряд фотона?» я предположил, что фотон является специфическим объектом, у которого происходит периодическое изменение заряда по гармоническому закону.
Это неожиданное предположение никак не противоречит современным экспериментальным и теоретическим данным. Вместе с тем, оно позволяет объяснить многое загадочные свойства фотонов. В данном случае, периодическим изменением заряда фотона можно объяснить причину, по которой фотон либо отражается от границы двух сред, либо преломляется.
Действительно, если фотон при приближении из воздуха к поверхности воды имеет отрицательный заряд, то он будет отталкиваться от внешних электронных оболочек молекул воды и отражаться обратно в воздух. То есть он будет находиться в приступе лёгкого отражения по Ньютону.
Если же фотон при приближении из воздуха к поверхности воды имеет положительный заряд, то он будет притягиваться внешними электронными оболочками молекул воды и преломится в воду. То есть он будет находиться в приступе лёгкого притяжения по Ньютону.
Таким образом, наличие у фотона периодически изменяющегося заряда даёт физическое объяснение идеи Ньютона о приступах легкого отражения и легкого прохождения, позволяет объяснить причину отражения и преломления света на границе раздела двух сред.
Публикации по данной теме:
"Часть 2.13. Фотон – это волна или частица? Каковы размеры, масса и заряд фотона?"
"Часть 2.14. Странные свойства света. Почему происходит самофокусировка света."