Neben einem Lichtstrahl (in einem anderen Medium)

Ja, es ist möglich, sich in einem Medium schneller zu bewegen als die Phasengeschwindigkeit des Lichts in diesem Medium. ¹

Ein Beispiel für die Auswirkungen davon ist Cherenkov-Strahlung , die emittiert wird, wenn sich ein geladenes Teilchen in bestimmten Medien schneller bewegt als die Phasengeschwindigkeit des Lichts. Es wird in etwa kegelförmig ausgestrahlt:

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Hier,$n$ist der Brechungsindex des Mediums (der beschreibt, wie viel Licht "gebogen" wird),$t$ist Zeit, und$\beta$ist die Geschwindigkeit des Teilchens dividiert durch die Lichtgeschwindigkeit. Einige einfache Algebra und Trigonometrie können die Berechnungen für die verschiedenen Größen liefern.

Der Vergleich mit einem Überschallknall ist treffend und wird häufig verwendet.

^{1 Achten Sie darauf, die Phasengeschwindigkeit von der Gruppengeschwindigkeit zu unterscheiden ; Dies könnte das Ergebnis Ihrer Verwirrung sein.}

Die Bedeutung von$c$ist nicht die Lichtgeschwindigkeit, sondern die maximale Geschwindigkeit, mit der sich eine Ursache-Wirkungs-Beziehung ausbreiten kann. Dies bedeutet eine Geschwindigkeit, die von allen Trägheitsbeobachtern als gleich beobachtet wird, wie ich in meiner Antwort hier erkläre . Es wurde experimentell festgestellt, dass die Lichtgeschwindigkeit gleich ist$c$, weil die Lichtgeschwindigkeit dieses Transformationsverhalten zwischen Inertialsystemen (immer gleich) hat und es aus grundlegenden Symmetrieüberlegungen nur eine solche Geschwindigkeit geben kann. Das experimentelle Ergebnis, an dem sich Licht ausbreitet$c$bedeutet unter anderem, dass Licht keine Ruhemasse hat.

Betrachten wir nun Licht in einem Medium. Das ist nicht dasselbe wie Licht; es ist eine Quantenüberlagerung von Photonen und angeregten Materiezuständen. Es gibt ein Quasiteilchen für diese Überlagerung und es heißt Polariton (oder mehrere andere Namen wie Exziton, Plasmon usw., abhängig von der genauen Art der Überlagerung), es bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von weniger als$c$, nämlich$c/n$wo$n$ist der Brechungsindex des Mediums, und Sie können tatsächlich auf einen Rahmen anheben, in dem eine solche Störung relativ zu Ihnen ruht.

Dieses Teilchen hat Ruhemasse. Sehen Sie sich in der Tat meine Antwort hier an, wo ich berechne, dass die Ruhemasse des Überlagerungsquantums aus Licht und angeregtem Materiezustand etwa 3,6 Millionstel der Masse eines Elektrons bei optischen Wellenlängen für Fensterglas beträgt ($n=1.5$). Das heißt, einige Elektronenvolt oder eine sehr ähnliche Größe wie die Gesamtenergie des einfallenden optischen Photons aus einem relativ zum Medium ruhenden Rahmen (aber es ist nicht dasselbe, da die Gesamtenergie keine Lorentz-Invariante ist).

Es ist eine Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit unüberwindbar ist. Aber kann die Gültigkeit dieser Tatsache in einem anderen Medium in Frage gestellt werden?

Insbesondere wird gesagt, dass die Signalfrontgeschwindigkeit,$c_0$, ist die Obergrenze eines beliebigen Geschwindigkeitswertes, der sich auf den Austausch eines Signals bezieht; per definitionem und die Bedeutung von "Front", die sich auf die allererste Beobachtung einer betrachteten Signalanzeige bezieht.

Dies gilt unabhängig vom Wert des Brechungsindex,$n$, gemessen in der Versuchsregion; und deshalb

• unabhängig von den Werten der Phasengeschwindigkeit,$c_0\left(\frac{1}{n}\right)$, und

• unabhängig von den Werten der Gruppengeschwindigkeit,$c_0\left(\frac{1}{n} + k\frac{d}{dk}[~\frac{1}{n}~]\right)$.