入射角と反射角はなぜ同じですか?

鏡の入射角と反射角が等しい「反射の法則」には、「法則」という言葉がついています。「法則」は、どのような自然現象が繰り返し例外なく起こる場合を指します。つまり、「法則」は、自然現象の再現性(繰り返してい起こること)を知らせるだけであって、その原因まで教えはできません。

もしそうなら、鏡の入射角と反射角はなぜ同じでしょうか?

もし、鏡の先端でも反射が起きたら?

もし鏡どこでも反射が起こると仮定してみましょう。それでは、入射角と反射角は同じだと言うことができません。

このようなことが実際に起こらないことは誰でも知っています。これを証明するためには、光が持つ波動の性質を利用します。

まず、簡単に波動の性質について説明しましょう。進行している一本の波動は、周囲の波動とある程度コヒーレンスが起きなければ、その方向に進むことができます。一方では、コヒーレンスが起こらないときに、波動はお互いの振動が相殺されてしまいます。

もしそうなら、鏡の先端から光の反射が起こると仮定してみましょう。鏡の先端で反射が起こると仮定すれば、反射された波が目に入ってくる過程で、波動が相殺されてしまうことがわかります。

入射角と反射角が同じ場所で光の反射が起きたら?

今回は、鏡の入射角と反射角が同じ場所で光の反射が起こると仮定してみましょう。

反射して目に入ってくる光の波動の位相が互いに一致します。つまり、このような光は進行することができます。結局、光の反射は入射角と反射角が全く同じであるときに起こります。