Unterschied in der Lichtgeschwindigkeit bei Änderung des Mediums [Duplikat]

Die Lichtgeschwindigkeit ist immer konstant. Die Geschwindigkeit ändert sich nicht, aber die zurückgelegte Strecke kann sich ändern. Zum Beispiel „verringert“ sich die Lichtgeschwindigkeit um etwa 35 %, wenn man sich in Glasfaser bewegt. Dies geschieht, weil das Licht nicht direkt durch die Faser geht, sondern in alle Richtungen reflektiert wird. Es ist, als würde man viele Spiegel aufstellen. Die Entfernung, die wir messen (die Länge der optischen Faser), ist also nicht die gleiche wie die Entfernung, die das Licht zurücklegt

Wenn Sie also ein Vakuum hätten, wäre die Entfernung, die das Licht zurücklegt, dieselbe wie die Entfernung, die Sie messen "können", aber wenn Sie kein Vakuum haben, wird das Licht von einem Atom zum anderen abprallen. Das Photon wird vom Atom absorbiert, die Energie des Atoms steigt für einige Momente an, und dann fällt es wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurück und gibt das Photon frei. Dies erzeugt zunächst eine andere Wellenlänge (eine andere Farbe) und einen längeren Weg für das Licht. Weil das Photon nicht in einer geraden Linie von einem Atom zum anderen geht.

Tatsächlich ändert sich die Phasengeschwindigkeit der Lichtwelle während der Brechung. Erlauben Sie mir, etwas zu definieren. Ich denke, Sie wissen, dass die Frequenz die Anzahl der Vibrationen (Oszillationen) pro Sekunde ist, während die Wellenlänge der Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten in derselben Phase der aufeinanderfolgenden Zyklen einer Welle ist.

OK. Licht ist eine Form elektromagnetischer Wellen, die sowohl aus elektrischen als auch aus magnetischen Feldern besteht. Und so erfüllt es die Maxwell-Gleichungen. Wenn Licht von einem dünneren Medium in ein vergleichsweise dichteres Medium eintritt, wird es von verschiedenen Atomen in den Medien gestreut. Kurz gesagt, diese spontane Streuung führt zur Abstrahlung einer konstruktiv überlagerten gebrochenen Welle.

Während dieser Überlagerung interagiert das elektrische & magnetische Feld der Welle mit den Elektronen proportional zur Permittivität ($\epsilon$) und Durchlässigkeit ($\mu$) des Mediums (dh wie sie magnetisiert und polarisiert sind usw.). Dadurch werden die Elektronen in schnelle Schwingungen versetzt und emittieren dadurch eine EM-Welle mit derselben Frequenz, aber unterschiedlicher Wellenlänge. Die Gesamtüberlagerung führt zu einer EM-Welle mit veränderter Phasengeschwindigkeit. Denn die Welle erfährt bei ihrer Übertragung durch die Medien eine Phasenverschiebung.

Eines muss beachtet werden, dass - wenn die Frequenz der Welle variiert hätte, die Energie$h\nu$der Welle hätte sich geändert. Um die Wellengleichung zu erfüllen und um Energie zu sparen, ist die Wellenlänge erforderlich$\lambda$zu ändern, wodurch sich die Phasengeschwindigkeit ändert$v_{phase}=\nu\lambda$.

Dies geschieht, weil das Licht mit elektrischen Feldern im Medium interagiert, um Polaritonen zu bilden .

Licht breitet sich immer mit der Geschwindigkeit aus$c$, aber wenn es Materie durchdringt, interagiert das elektromagnetische Feld, aus dem das Licht besteht, mit elektrischen Feldern in der Materie, und Sie haben keine reine Lichtwelle mehr. Stattdessen haben Sie eine quantenmechanische Mischung aus Licht und dem Substrat, und diese Mischung verhält sich so, als hätte sie eine Masse. Deshalb bewegt sich die gemischte Welle langsamer als die Lichtgeschwindigkeit.

Die Stärke der Wechselwirkung hängt vom Substrat ab. Eine stärkere Wechselwirkung verleiht der gemischten Licht-/Substratwelle eine höhere Masse und sie bewegt sich langsamer (und führt zu einem höheren Brechungsindex). In speziellen Fällen wie Bose Einstein Condensates kann die Inetarktion so stark sein, dass die Licht-/Substratwelle auf Alltagsgeschwindigkeit abgebremst oder sogar fast zum Stillstand gebracht wird .