R.ファインマンの「光と物質の不思議な理論」(岩波書店)の中に「光源から鏡で反射して検出器に届く光子の経路は反射の法則の経路以外に何百万もある。
そんなばかなフィアンマンは気でも違ったかと思われるかもしれませんが、・・・」というくだりがあります。
ストーリーは光子の干渉の話となり、0次の経路のみが残り、それが反射の法則の経路となるという見事な展開で終わります。
CDを用いて、その展開を感じさせるような実験をしてみました。ファインマンの趣旨とはちょっと違いますがいかがでしょうか?
CDの表面を見ると、スペクトルに気がとられがちですが、以下のように薄く鏡のように景色が映るのが見えます。これが回折格子の0次の像です。
LEDを光源にしてCDに斜めに当てて観察をすると0次の上にもう一つLEDの像が見えます。1次の像です。
波長によって角度が異なるので色づいて見えます。
LED光源の本体も見えるというのがポイントです。一点の光だけでは像というイメージはありません。
実際にはできませんが、もしCD盤の回折格子の間隔を短くしてゆくことができれば1次の像はどんどん外側へ行くでしょう。そして短くしていった先が鏡となります。
つまり、鏡で見えているのは回折によってできる0次の像で、反射の法則を満たすという訳です。