Человек способен видеть благодаря свету. Кванты света, фотоны, обладают свойствами и волны, и частицы. Источники света разделяют на первичные и вторичные. В первичных — таких как Солнце, лампы, огонь, электрический разряд, — фотоны рождаются в результате химических, ядерных или термоядерных реакций. Вторичным источником света служит любой атом: поглотив фотон, он переходит в возбужденное состояние и рано или поздно возвращается в основное, излучив новый фотон.
Когда луч света падает на непрозрачный предмет, все составляющие луч фотоны поглощаются атомами на поверхности предмета. Возбужденные атомы практически немедленно возвращают поглощенную энергию в виде вторичных фотонов, которые равномерно излучаются во все стороны. Если поверхность шероховатая, то атомы на ней расположены беспорядочно, волновые свойства света не проявляются и суммарная интенсивность излучения равна алгебраической сумме интенсивности излучения каждого переизлучающего атома.
При этом независимо от угла наблюдения мы видим одинаковый световой поток, отраженный от поверхности, — такое отражение называется диффузным.
Иначе происходит отражение света от гладкой поверхности, например, зеркала, полированного металла, стекла. В этом случае переизлучающие свет атомы упорядочены относительно друг друга, свет проявляет волновые свойства, а интенсивности вторичных волн зависят от разностей фаз соседних вторичных источников света.
В результате вторичные волны компенсируют друг друга во всех направлениях, за исключением одного-единственного, которое определяется по хорошо известному закону — угол падения равен углу отражения. Фотоны словно упруго отскакивают от зеркала, поэтому их траектории идут от предметов, как бы находящихся позади него, — их-то и видит человек, глядя в зеркало.
Правда, мир зазеркалья отличается от нашего: тексты читаются справа налево, стрелки часов крутятся в обратную сторону, а если поднять левую руку, наш двойник в зеркале поднимет правую, и кольца у него не на той руке… В отличие от киноэкрана, где все зрители видят одно и то же изображение, в зеркале отражения для всех разные. Чтобы увидеть себя, надо расположиться напротив зеркала. Тогда фотоны, идущие от лица в направлении взгляда, падают на зеркало почти под прямым углом и возвращаются обратно. Когда они достигают глаз, вы видите свой образ по ту сторону стекла.
Ближе к краю зеркала глаза ловят фотоны, отраженные им под некоторым углом. Значит, и пришли они тоже под углом, то есть от предметов, находящихся по сторонам от вас. Это позволяет видеть себя в зеркале вместе с окружающей обстановкой. Но от зеркала отражается всегда меньше света, чем падает, по двум причинам: не бывает идеально гладких поверхностей, и свет всегда немного нагревает зеркало.
Из широко распространенных материалов лучше всего отражает свет полированное серебро (более 95%). Из него делали зеркала в древности. Но на открытом воздухе серебро тускнеет из-за окисления, а полировка повреждается. К тому же металлическое зеркало получается дорогим и тяжелым. Теперь тонкий слой металла наносят на обратную сторону стекла, защищая от повреждений несколькими слоями краски, а вместо серебра ради экономии часто используют алюминий. Его коэффициент отражения — около 90%, и для глаз разница незаметна.
