Esta es esencialmente una pregunta de E&M, por lo que debería buscar en Jackson (texto de posgrado de física). La mayoría de los efectos se pueden explicar en términos de dieléctricos o conductores. Esto es muy difícil, toma la mayor parte de un cuarto y es imposible de explicar aquí para todos los casos.
Hay muchas maneras diferentes de pensar sobre este problema, dependiendo del régimen en el que se encuentre. Realmente solo tiene que tomar una clase de E&M de nivel de posgrado si desea todos los detalles, pero puede pensarlo desde modelos relativamente simples en algunos escenarios
Dieléctricos: los materiales tienen electrones. En el caso más simple, solo piense en un electrón y su núcleo. El electrón se puede tirar hacia un lado, dando un campo dipolo. Si el electrón oscila de un lado a otro, este es un dipolo oscilante. Los dipolos oscilantes irradian. Pero si lo piensa, el dipolo tendrá alguna frecuencia característica o resonante. En realidad, hay muchas resonancias diferentes. Pero también hay fuerzas de amortiguación que pueden ocurrir por muchas razones diferentes. Ahora puede ver cómo se puede transmitir la luz: sin esta fuerza de amortiguación, la luz se seguiría transmitiendo de dipolo a dipolo en el material. Pero la fuerza de amortiguación puede drenar energía de la luz, y se transmitirá poco después de una cierta distancia que depende de la fuerza de amortiguación, el espacio entre los conductores, etc., etc. Diferentes resonancias también pueden hacer que diferentes frecuencias se muevan a diferentes velocidades. Así es como funcionan los prismas: diferentes colores se mueven a diferentes velocidades en el prisma, y así en diferentes ángulos cuando entran y salen.
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Conductores: los conductores tienen electrones libres. Por lo general, esto es lo que pensamos cuando decimos “metal”. Los electrones libres pueden moverse muy rápidamente y, por lo tanto, cuando son golpeados por la luz, pueden moverse para cancelar exactamente los campos. En realidad no lo hacen perfectamente, hay un efecto llamado “profundidad de la piel”. Esto varía con los materiales y las frecuencias, pero en general, las frecuencias más altas tienen una profundidad de piel más corta. Si de alguna manera obtienes una capa muy delgada de metal, podrás ver a través de ella gracias a esta profundidad de la piel.
En realidad, cuando miras las matemáticas, estos son solo dos regímenes en un continuo. Los conductores y los dieléctricos usan las mismas ecuaciones, pero tienen aproximaciones diferentes. Los plasmas también encajan aquí.
Entonces, puede ver que la respuesta depende en gran medida de la configuración de los electrones en el material, cómo están unidos, cuáles son sus resonancias, etc., etc. Incluso hay algunos metamateriales que tienen propiedades extrañas como índices negativos efectivos de refracción debido a la forma en que los electrones pueden moverse en ellos.
Esto solo supone que los materiales actúan de manera clásica. Hay cosas aún más complejas que pueden suceder. La luz a veces puede ser absorbida químicamente. Los dipolos, si están dispuestos correctamente y espaciados correctamente, pueden irradiar de modo que la luz se cancela o se refuerza (interferencia). Los límites tienen problemas separados. En casos extremos, puede ocurrir una física más sorprendente. Los fotones pueden producir pares. La dispersión de Compton, la dispersión de Raman y más pueden suceder. La luz es literalmente responsable de casi todas nuestras interacciones con el mundo.
