Hallo!
Bei Metallen liegt der Grund in der Natur der Reflexion: Das
Licht dringt nicht ins Metall ein, die Reflexion findet
bereits im äußeren Bereich des Elektronengases statt.
Und warum emmittieren die Elektronen im Elektronengas die
Photonen wieder getreu dem Gesetz „Einfallswinkel gleich
Ausfallswinkel“.
Wenn doch so ein Elektron aus dem Gas das Photon absorbiert
hat, dann kann es doch theoretisch das Photon wieder in alle
Richtungen emmitieren, oder?
Das ist eine ausgesprochen clevere Frage!
Sie zeigt, dass die Idee von der Absorption und Reemission des Elektrons nur eine Modellvorstellung ist, die hier an ihre Grenzen stößt.
Man kann die Frage entweder elektromagnetisch klären (das war dann die Antwort von Ingo mit dem Link zu wikipedia) oder noch besser quantenmechanisch.
Der wichtigste Gedanke ist dabei der, dass die Reflexion prinzipiell an jeder Stelle im Metall erfolgen kann. Die Wege sind physikalisch nicht unterscheidbar (d. h. man weiß bei einem reflektierten Photon im Nachhinein nicht, welchen Weg es genommen und an welchem Elektron im Festkörper es reflektiert wurde). In solchen Fällen gilt das Superpositionsprinzip, d. h. alle möglichen Wege müssen für das Photon mit berücksichtigt werden. Die Wahrscheinlichkeit für die Reflexionsrichtung ergibt sich dann aus der Interferenz von Wellen, die alle möglichen Wege genommen haben. Wie sich zeigt, ist die Amplitude dieser Interferenz in der Richtung Einfallswinkel=Ausfallswinkel maximal. Die Amplitude ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, ein Photon in der betreffenden Richtung zu finden. Bei einer unendlich weit ausgedehnten Spiegelfläche ist sie sogar in jeder anderen Richtung gleich Null. (Ein durchaus anschaulicher Beweis dieser Behauptung, der abgesehen von etwas Geometrie ohne jede Mathematik auskommt, findet man in dem sehr lesenswerten Buch „QED“ von Richard Feynman).
Übrigens: Wenn diese mechanistische Vorstellung korrekt wäre, dass jedes Photon individuell reflektiert wird, dann dürfte es gar keine sauberen Spiegelbilder geben, weil jeder Spiegel eine gewisse Oberflächenrauhigkeit aufweist.
Michael
