Почему зеркало отражает, а стена — нет? Сказка о гладких и шершавых поверхностях

Лёша стоял перед большим зеркалом в прихожей и корчил рожицы. Его отражение в точности повторяло все его движения. Потом он отвернулся и посмотрел на белую стену рядом. На ней не было никакого отражения, только его тень от света лампы.

— Папа, — позвал он задумчиво, — почему в зеркале я вижу себя, а в стене — нет? Они же оба ровные!

Папа подошёл и потрогал стену, а потом зеркало.

— Они кажутся ровными, но на самом деле это не так. Всё дело в том, что происходит со светом, когда он падает на эти поверхности. Давай проведём маленький урок по физике света.

Папа взял маленькое карманное зеркальце и направил луч от настольной лампы на стену. На стене появился яркий солнечный зайчик.

— Видишь, зеркало отражает свет так, что мы можем увидеть чёткое изображение — вот этот зайчик. Это называется зеркальное отражение. А теперь посвети фонариком прямо на стену.

Лёша посветил. Стена осветилась ровным кругом, но никакого зайчика или отражения не было.

— Это рассеянное отражение. И причина — в поверхности. Поверхность зеркала очень-очень гладкая, почти идеально ровная на микроскопическом уровне. Она покрыта тонким слоем блестящего металла (обычно алюминия или серебра) и защитным стеклом. Когда луч света падает на такую гладкую поверхность, все его лучики отражаются в одном и том же направлении, упорядоченно, как солдаты на параде. Поэтому они могут донести до наших глаз целую картинку — твоё отражение.

— А что со стеной?

— А стена, даже если она кажется гладкой, на самом деле шероховатая. Если посмотреть на неё под микроскопом, она похожа на горный хребет с множеством бугорков, впадинок и неровностей. Когда свет падает на такую поверхность, каждый лучок попадает на маленький «склон» под своим углом и отражается в своём, случайном направлении. Они разлетаются кто куда, в беспорядке. Такой «разбежавшийся» свет просто освещает стену, но не может сложиться в чёткое изображение. Мы видим просто белую, освещённую поверхность.

Папа провёл ещё одну наглядную демонстрацию. Он взял поднос, насыпал на одну его половину ровным слоем муку, а на другую положил гладкое стекло.

— Представь, что это мячики-лучи света. Если я катну шарик по стеклу, он покатится прямо и ровно (как луч в зеркале). А если по муке — он оставит след и остановится, его энергия рассеется (как луч на стене).

Лёша потрогал стену. Она действительно была слегка шершавой от краски и фактуры штукатурки.

— Значит, чтобы поверхность отражала, как зеркало, она должна быть не просто блестящей, а идеально гладкой?

— Именно! И не обязательно из стекла и металла. Идеально отполированный кусок гранита или спокойная поверхность воды в пруду тоже могут давать зеркальное отражение, потому что они гладкие. А вот мятая фольга, хотя и блестящая, отражает свет беспорядочно и не даёт чёткого изображения, потому что она вся в морщинках.

— А почему тогда в витрине магазина я иногда вижу и товары внутри, и своё отражение?

— Потому что стекло витрины тоже частично отражает свет (около 8%), как слабое зеркало, особенно если снаружи темнее, чем внутри магазина. Так работает любое стекло.

Лёша снова посмотрел в зеркало. Теперь он видел в нём не просто загадочный предмет, а тончайшую, идеально гладкую поверхность, поймавшую и аккуратно вернувшую ему его собственный свет.

— Папа, а если бы мы отполировали стену до идеальной гладкости и покрыли её серебром, она стала бы зеркалом?

— Теоретически — да! Именно так и делают большие зеркала. Но это очень трудоёмко и дорого. Поэтому мы вешаем на стену готовое зеркало — кусок идеально гладкого стекла с нанесённым на обратную сторону отражающим слоем.

Лёша улыбнулся своему отражению и помахал ему рукой. Он знал, что где-то там, на границе стекла и серебряного слоя, миллионы световых лучей совершают свой упорядоченный танец, чтобы показать ему его самого. А стена рядом просто мягко и беспорядочно рассеивала свет, делая комнату светлой и уютной. И то, и другое было важно и хорошо по-своему.