Haben alle Lichtfrequenzen die gleiche Geschwindigkeit?

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist konstant und hängt nicht von Eigenschaften der Welle ab (z. B. ihrer Frequenz, Polarisation usw.). Mit anderen Worten, im Vakuum bewegen sich blaues und rotes Licht mit der gleichen Geschwindigkeit c .

Die Ausbreitung von Licht in einem Medium beinhaltet komplexe Wechselwirkungen zwischen der Welle und dem Material, durch das sie sich bewegt. Dies macht die Lichtgeschwindigkeit durch das Medium von mehreren Faktoren abhängig, darunter die Frequenz (andere beispielhafte Faktoren sind der Brechungsindex des Materials, die Polarisation der Welle, ihre Intensität und Richtung).

Das Phänomen, aufgrund dessen die Geschwindigkeit einer Welle von ihrer Frequenz abhängt, wird als Dispersion bezeichnet und ist der Grund, warum Prisma und Wassertropfen weißes Licht in einen Regenbogen zerlegen.

Da es noch keiner erwähnt hat...

Wenn Sie ein besseres konzeptionelles Verständnis der scheinbaren Verlangsamung von Licht (und anderen elektromagnetischen Wellen) in Materialien haben möchten, empfehle ich dringend, die Vorlesungen von Richard Feynman zu lesen, insbesondere Kapitel 31 von Band I. Das wird Ihnen viel mehr Erklärungen geben, als in möglich ist dieses Forum.

Alle Feynman-Vorlesungen sind hier.

Und Kapitel 31 ist da.

Genießen!

Denken Sie daran, dass Licht durch ein Medium wie Luft, Wasser oder Glas wandern kann. Sie können die Lichtgeschwindigkeit in jedem dieser Medien messen. Sie können Licht auch durch ein Vakuum leiten, wo nur leerer Raum ist. Denken Sie an das Licht, das von der Sonne kommt. Im leeren Raum bewegen sich alle Farben mit der gleichen Geschwindigkeit namens c. Licht unterschiedlicher Wellenlängen oder Farben bewegt sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, wenn es sich durch ein anderes Medium als Vakuum bewegt. Diese letzte Aussage ist nicht ganz richtig, aber die Gründe sind kompliziert und Sie können einfach Solitonen nachschlagen. Rotes Licht breitet sich in Glas schneller aus als blaues.

Soweit wir wissen, wird Licht durch ein Teilchen ohne Ruhemasse vermittelt. Die spezielle Relativitätstheorie besagt, dass die Geschwindigkeit eines solchen masselosen Teilchens immer beobachtet werden muss$c$, unabhängig von der Bewegung des Beobachters. In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist auch die lokal gemessene Geschwindigkeit eines masselosen Teilchens immer gleich$c$. Kein Experiment hat bisher einen messbaren Unterschied zwischen der Lichtgeschwindigkeit einer beliebigen Farbe und festgestellt$c$. Experimente sagen uns also, dass sich Licht aller "Arten" und Farben bewegt$c$und die Relativitätstheorie gibt uns einen Einblick, wie dies zustande kommt.

Bei der Wechselwirkung mit Materie kann die Geschwindigkeit der durch Lichtanregung entstehenden Störung unterschiedlich schnell sein. Wir haben jetzt eine Quantenüberlagerung von Licht und angeregten Materiezuständen, also, obwohl viele Leute mich pedantisch nennen würden, ist das nicht wirklich Licht. Klassisch kann man sich das wie ein Spiel „Whisper Down the Lane“ vorstellen: Ein Atom des Mediums absorbiert Licht, verweilt in einem angeregten Zustand und emittiert dann ein neues Photon. Das Nettoergebnis ist eine verlangsamte Ausbreitung, aber der "leichte" Teil der Störung breitet sich immer noch aus$c$. Abhängig von der Art des verwendeten Mediums kann es alle Arten von Abhängigkeiten der Ausbreitungsgeschwindigkeit von der Farbe geben: Wie in Bill Ns Antwort gibt Feynman eine hervorragende klassische Beschreibung. Mein Versuch einer Quantenerklärung ist hier .

Es ist absolut richtig, dass sich im Vakuum alle Lichtfarben mit derselben Geschwindigkeit ausbreiten, und deshalb wandert ein weißer Strahl durch das Vakuum, ohne irgendeine Streuung zu erleiden ...

Die Lichtgeschwindigkeit ist im Vakuum konstant, aber unterschiedliche elektromagnetische Wellen breiten sich aufgrund des unterschiedlichen Brechungsindex in unterschiedlichen Medien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus.