¿Cómo produce imágenes un espejo?

Los fotones actúan como ondas. Como resultado, todos y cada uno de los fotones (conceptualmente) tienen una pequeña regla, es decir, un pequeño palo de medición. En el momento en que un fotón golpea tu retina, saca obedientemente su regla. Mide qué tan lejos viajó desde su “fuente”, que para nuestro propósito es el objeto físico que causa el reflejo en el espejo. Tratamos la fuente como una fuente puntual, lo que significa que puede considerarse que no tiene extensión física. Definimos la distancia aquí para ser retina-a-espejo-a-fuente. Hay millones de fotones de la fuente, cada uno golpea el espejo en un lugar diferente.

Ahora comienza la diversión! Los fotones saben que viajan a la velocidad de la luz y saben que tienen una longitud de onda definida y conocida (¡para ellos, pero tal vez oculta a Heisenberg!). Al conocer estos datos, pueden determinar si están en un pico o en un valle cuando golpean su retina. Los picos son positivos y los valles son negativos al igual que las ondas de agua. Aquí el canal está por debajo del nivel medio del agua y la cresta por encima. Excepto con los fotones, es el campo electromagnético, no el nivel del agua.

Entonces, ahora los millones de fotones informan un número entre E y -E donde E es la energía del fotón [matemáticas] E = \ frac {hc} {\ lambda}. [/ Matemáticas]

Su retina, obediente a las leyes de Dios, toma la suma aritmética de esos millones de números. Si traza esa suma a medida que se mueve a través de su retina en acimut y elevación, encontrará que cada fuente puntual se iluminará (se volverá grande) exactamente en un punto. De hecho, este lugar será la versión invertida de las coordenadas fuente originales.

Puedes probar que estoy en lo correcto. ¡Puedes hacer todas las matemáticas usando álgebra de la escuela secundaria, amigo, pruébalo! ¡Envía quora los resultados!

Eso deja las dos preguntas restantes:

1 ¿Por qué no vemos imágenes de nuestra cara en las camisetas?

Bueno, por la misma razón, vemos objetos en lugar del resplandor del sol. Debido a que la superficie de las camisetas y las caras es rugosa, los fotones pierden su información de fase (- + E) cuando rebotan en la camiseta.

¡Buena cosa! ¡Si no perdieran esa información de fase todos estaríamos ciegos como murciélagos! ¡No por falta de luz sino por demasiada luz! Peor aún, ¡también nos quemaríamos de todos los fotones que se unen!

2 Esto deja su pregunta sobre por qué las imágenes parecen estar DENTRO del espejo.

Amigo hace los cálculos, no hay espejo y la fuente se volteó para estar detrás del espejo con el espejo eliminado por el aire puro … sin cambios en las matemáticas. ¿Ningún cambio en matemáticas? Entonces no hay capacidad de retina para ver una diferencia.

La ciencia es un deporte de contacto. ¡No puedes aprender pasivamente, así que afila tu lápiz y calcula!

Juego terminado, ¡salud!

Desearía poder darte una respuesta satisfactoria en una página, pero de hecho, el nivel de comprensión que pareces estar buscando requiere un curso de Electrodinámica clásica, donde aprendas cómo calcular la propagación de una onda electromagnética a través de una interfaz entre dos medios de comunicación.

La gente hablará de fotones puntiagudos que delimitan espejos como bolas de billar de cojines (solo con rebotes 3D de “cojines” 2D), lo que da la respuesta correcta (si el espejo es perfectamente plano) pero tergiversa los fotones. Un fotón es simplemente la energía cuántica de la onda EM clásica; como tal, hace exactamente lo que la onda EM haría hasta que sea absorbida por una transición atómica.

Puede tener una sensación de reflexión al observar las olas del océano golpeando un malecón, que también se reflejan (parcialmente), y la fenomenología es más o menos la misma. Pero las ONDAS en general son un fenómeno bastante complejo que requerirá un poco de estudio para comprenderlo completamente.

No estoy seguro de lo útil que puedo ser aquí, pero lo intentaré.

En su comentario, pregunta qué está sucediendo a nivel microscópico. La microscopía no ayudará aquí. Los fotones, que son los bits que forman la luz (cuantos) son absolutamente pequeños. Los fotones individuales no pueden visualizarse mediante microscopía simple, sino que requieren técnicas mucho más potentes. En general, es más útil considerar la luz como ondas que se reflejan en una superficie, pero un enfoque de partículas también puede funcionar. Repasemos algunas cosas primero.

Los objetos como las camisetas y las mesas generalmente están hechos de materiales opacos, lo que significa que no reflejan imágenes ni permiten que la luz pase a través de ellas. Absorben parte (o la mayoría) de la luz, y la luz que se refleja y golpea nuestros ojos nos muestra lo que no se ha absorbido. (Tenga en cuenta que esta es una ligera simplificación de cómo funciona el color).

Las superficies reflectantes como los espejos, por el contrario, no absorben la luz (o absorben muy poco). En cambio, lo reflejan y esto produce una imagen.

Las superficies semirreflectantes, como el vidrio, permiten que la luz pase a través de ellas, pero también reflejan parte de ella. Como tal, puedes ver un reflejo débil de ti mismo en una ventana bajo la iluminación adecuada. Esto debería ser familiar para usted. (Generalmente, esto ocurre en la noche, cuando es brillante adentro y oscuro afuera).

Ahora, volviendo a lo que estaba diciendo sobre las olas. Las ondas tienen frecuencia (estrechamente relacionada con su energía) y longitud de onda. Cuando rebotan (se reflejan) en una superficie, estas características cambian: parte de la energía es absorbida por una superficie, cambiando las características de nuestra onda. Esto es lo que sucede con nuestros objetos opacos o semitransparentes. Con una superficie reflectante, la onda se refleja sin cambios, por lo que la energía sigue siendo la misma.

Si estuviéramos hablando de partículas, podríamos observar que parte del impulso de la partícula se perdió cuando tocó la superficie. En el caso de nuestra superficie reflectante, el impulso no se perdería, pero lo sería si se absorbiera la luz.

Como dije, no estoy seguro de lo útil que será esto, pero espero que te dé una idea de lo que está sucediendo.

Al reflejar la luz. La imagen es un artefacto de la forma en que funciona nuestro sistema visual.

Su sistema visual procesa la luz que recibe para construir una imagen en su campo visual que se corresponde con el lugar donde adivina que se dispersó la luz.

Se basa en el trazado de rayos, específicamente se supone que la luz no se dobla en su camino desde el objeto hasta su ojo.

En la mayoría de los casos esto es correcto … y la imagen aparece en el mismo lugar que el objeto, con la misma orientación que el objeto. Puedes extender la mano y agarrarla. Llamamos a esto “ver el objeto”, pero lo que experimentamos es una construcción de nuestro sistema visual.

Con un espejo obtienes dos imágenes, una de ellas directamente de la luz del objeto y la otra de la luz que rebota en el espejo, esa luz parece provenir de otro lugar y tu sistema visual coloca e imagen de manera diligente.

No lo entiendo (las otras respuestas, eso es) …

Los espejos no producen imágenes, solo la óptica de imágenes produce imágenes.

La luz de una escena que se refleja en un espejo no produce una imagen. Esa luz sigue divergiendo tal como estaba cuando la iluminación incidente fue reflejada por los objetos en la escena en cuestión.

Solo aquellos fotones reflejados por aquellos objetos que pasan a través de la lente (o agujero) que constituye un sistema óptico de imágenes crean imágenes. Eso sucede cuando finalmente alcanzan y son absorbidos (por ejemplo, un ojo, una película fotográfica o un CCD) o cuando se reflejan nuevamente (por ejemplo, por la pantalla de proyección en una sala de cine) a otro sistema de imágenes.

Un espejo no produce imágenes. El detector lo hace.

Jess Brewer y Pat Lueck te tienen en el camino correcto. Conferencia 2 en la serie de conferencias QED de Feynman

Ajustes de reflexión y transmisión – Comportamiento cuántico

o el libro QED: The Strange Theory of Light and Matter

Cuando los rayos de luz golpean un espejo, se reflejan, siguiendo las leyes de la reflexión. Dado un objeto, habrá múltiples rayos provenientes del objeto, algunos de los cuales golpearán el espejo y se reflejarán. Un diagrama simple y una geometría elemental le mostrarán que todos los rayos reflejados parecen provenir de un punto detrás del espejo, tan atrás del espejo como el objeto está al frente. El cerebro humano percibe muchos rayos que divergen de un punto común. El cerebro está acostumbrado a esto: esto es lo que sucede cuando ves un objeto real. Lo que hace el cerebro es retroceder a lo largo de cada rayo y “ver” el objeto. Hace exactamente lo mismo cuando ve los rayos reflejados: retrocede a lo largo de los rayos y “ve” la imagen.

Supongamos que tiene una pequeña bombilla y la mira. A medida que mueve la cabeza, los rayos de luz que provienen de esa bombilla siguen una línea recta hacia su ojo. Todos vienen del mismo lugar donde está la bombilla. Si dibuja líneas desde su ojo hasta la bombilla de luz para todos los diferentes lugares donde coloca su ojo, esas líneas se cruzan justo donde está la bombilla. Simplemente estás siguiendo los rayos de luz de regreso a donde vinieron. Su cerebro desarrolla una idea dentro de su cabeza de que la bombilla está justo allí donde ve que cruzan esas líneas.

Ahora ponga un espejo para que vea la bombilla reflejándose en el espejo. Sigue los caminos de la luz. Haga lo mismo moviendo la cabeza y dibujando líneas de regreso de donde vinieron. Imagina que el espejo es tan grande que no puedes ver los bordes. Tu cerebro no puede ver el espejo mismo. Solo puede ver los rayos de luz que entran en su ojo. A medida que mueves la cabeza y dibujas las líneas, esas líneas parecerán cruzarse detrás del espejo. Su cerebro construye la idea de que la bombilla es donde esas líneas parecen cruzarse. Cruzan detrás del espejo. Sabes que realmente se doblaron en la superficie del espejo porque hiciste la geometría de seguir los rayos de luz. Pero tu cerebro solo ve de dónde vienen. Entonces cree que la bombilla está detrás del espejo.

Estoy de acuerdo con Jess Brewer, pero tengo una sugerencia.

Richard Feynman, un libro muy legible de uno de los físicos más conocidos de los años 40 a 80, escribió varios libros que son divertidos, informativos y bien informados.

Prueba: QED: The Strange Theory of Light and Matter Este libro profundiza en todos los aspectos de la teoría cuántica, con la luz como el actor principal … y toca mucho la refracción y la reflexión.

y, por supuesto, su más famoso (en física general): Seis piezas fáciles: Fundamentos de la física de su maestro más brillante

Esto va a sonar extraño, pero si lo piensas, tiene mucho más sentido.

No vemos la luz. Cuando los fotones golpean nuestra retina, envía impulsos electromecánicos al cerebro que crean lo que vemos. Esto depende de la longitud de onda de la luz detectada y la ubicación en la retina. La luz de un espejo parece provenir de una ubicación detrás del espejo y es por eso que percibimos una imagen en un espejo.

Los espejos no crean imágenes. Nosotros, los detectores, creamos las imágenes.