Verliert Licht seine Energie, wenn es durch dichtere Medien geht?

$E=mc^2$ist nicht wirklich auf Licht anwendbar. Es ist auf etwas anwendbar, das Masse hat.

Die Energie des Lichts wird durch gegeben$E=h\nu$Wo$\nu$ist die Lichtfrequenz und$h$ist die Plancksche Konstante, die einen Wert von hat$\approx 6.626 \times 10^{-34} J.s$

Wenn Licht in ein anderes Medium eintritt, bleibt seine Frequenz gleich und natürlich auch die Plancksche Konstante. Daher bleibt seine Energie offensichtlich während der gesamten Übung gleich.

In erster Näherung bewegt sich das Licht innerhalb des Mediums immer noch mit Lichtgeschwindigkeit. Es gibt eine offensichtliche Verlangsamung, weil der Lichtstrahl, wenn er mit den Molekülen des Mediums interagiert, gebeugt wird, wodurch er zufällig seine Richtung ändert. Dadurch vergrößert sich dann sein Verfahrweg, was die Geschwindigkeit makroskopisch kleiner erscheinen lässt.

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts nimmt jedoch nicht ab.

Das würde ich auch angeben$E=mc^{2}$ist keine gültige Formel für Licht, da diese Formel nur für stationäre Objekte gilt. Die geeignete Version davon für Licht wäre$E^{2} = c^{2}|{\vec p}|^{2}$, und Sie könnten Ihre obige Frage beantworten, indem Sie auch an die Impulserhaltung appellieren.

Um die Antwort von Jerry Schirmer zu berühren und abzuschließen: Das „Licht“ in einem Medium ist nicht nur „Licht“ im gewöhnlichen Vakuumsinn des Wortes, es ist eine Quantenüberlagerung von freien Photonen und angeregten Materiezuständen. Ein Photon, das sich durch ein Medium bewegt, durchläuft wiederholt den folgenden Zyklus: Es wird flüchtig von Elektronen im Medium absorbiert, die eine phantastisch kurze Zeit später (Femtosekunden oder weniger) ein neues Photon an seiner Stelle wieder emittieren. Der Prozess ähnelt der Fluoreszenz, abgesehen davon, dass Energie, Impuls und Drehimpuls vollständig auf das neue Photon übertragen werden, während sich bei der Fluoreszenz Energie (wie durch die Stokes-Verschiebung angezeigt), Impuls und Drehimpuls (wie durch Richtungs- und Polarisationsverschiebungen angezeigt) ändert ) werden alle auf das Medium übertragen. Die Verzögerung, die sich aus der Absorption / Wiederemission ergibt, lässt das Licht scheinbar langsam ausbreiten, aber Sie können sehen, dass keine Energie verloren geht. Eine leichte Variation dieses Themas ist das doppelbrechende Material, bei dem Energie und Impuls vollständig an das erneut emittierte Photon zurückgegeben werden, aber ein gewisser Drehimpuls ausgetauscht wird und Licht somit ein Drehmoment auf ein doppelbrechendes Medium ausübt: siehe den zweiten und dritten Abschnitt vonmeine Antwort hier und tatsächlich gibt es ein klassisches Experiment, das den Drehimpuls von Licht demonstriert, von R. Beth, "Mechanical Detection and Measurement of the Angular Momentum of Light", Phys. Rev. 50 1936 S. 115–127 . Aber Energie kann im Prinzip immer noch gespart werden: In der Praxis haben einige Medien Dämpfungen, aber einige sind fantastisch klein, zum Beispiel Siliziumdioxid im optischen Telekommunikationsfenster dazwischen$1350nm$Und$1550nm$und für die Zwecke dieses Arguments können Abschwächungen im Prinzip Null sein.

Zeuge hier ist, dass der Poynting-Vektor im Medium derselbe ist wie sein Freiraumwert:$\vec{S} = \vec{E}\wedge \vec{H}$, während die Energiedichte$U = \frac{1}{2}\vec{D}\cdot\vec{E} + \frac{1}{2} \vec{B}\cdot\vec{H}$im Medium ist jetzt höher: Dies ist einfach analog zum stationären Verhalten eines Wassertanks mit Zu- und Ablaufrohr: vorübergehend kann die Wasserabgaberate geringer sein als am Eingang, während sich der Tank füllt, aber im stationären Zustand die zwei Raten müssen sich ausgleichen. Ebenso für das Medium: Die höheren Energiedichten stellen erhöhte Energiespeicher in der Materie des Mediums aufgrund der angeregten Materiezustandsanteile der gesamten Quantenüberlagerung dar (es gibt auch reflektierte Energien am Ein- und Ausgang des Mediums, die in angerechnet werden müssen genaue Beschreibung, aber der wesentliche Kern dieses Absatzes ändert sich nicht).

$E=h \nu$, somit$E$ist proportional zu$\nu$, Und$\nu$ändert sich nicht, wenn sich Licht vom seltenen zum dichteren Medium bewegt. Es wirkt sich also nicht aus$E$.

Lichtgeschwindigkeit ist eine Funktion. Wenn Licht ein Nicht-Vakuummedium durchquert, nimmt seine Geschwindigkeit im Vergleich zu seiner Geschwindigkeit im Vakuum ab. (Deshalb nimmt der Brechungsindex n als Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im Nicht-Vakuum zu).

Es bedeutet vielleicht, dass die Verringerung der Lichtgeschwindigkeit, wenn Licht durch ein Nicht-Vakuum-Medium geht, zum Energieverlust beiträgt, wobei Energie als E = hc/λ ausgedrückt werden kann.

CMIIW. Danke schön.

Eine Lichtwelle besteht aus vielen Photonen, die ihre Amplitude ergeben. Während die Frequenz des Lichts gleich bleibt, kann sich die Anzahl der Photonen oder die Wellenamplitude bei Absorption ändern.

Jeder reale Stoff absorbiert und zerstreut sogar das Transparente. Aber statistisch gesehen ist die Häufigkeit gleich.

Die Art und Weise, wie Sie die Frage gestellt haben, impliziert, dass Sie fragen, ob sich die Frequenz ändern kann. Wenn Sie die Streuung, dh den Compton-Effekt, betrachten, ja, es ist möglich, sogar die Frequenz zu ändern, und dies ist die Quantennatur des Lichts. Hier betrachten wir Einzelereignisse.