Warum wird Licht nicht langsamer?

Es ist nicht richtig zu sagen, dass keine Kraft ausgeübt wird. Ein Photon trägt Impuls, siehe PE hier, also gibt es bei der Reflexion eine Impulsübertragung. Das ist die Idee hinter dem hier diskutierten Laserantrieb . Bei der Geschwindigkeit ist es noch komplizierter. Die Tatsache, dass Licht reflektiert wird, erfordert normalerweise eine abrupte Änderung des Brechungsindex. Um reflektiert zu werden, interagiert das Photon also mit dem Medium, das es reflektiert. Es dringt also gewissermaßen in das Medium ein. Dies braucht Zeit , zumal die Lichtgeschwindigkeit im Medium aufgrund der Wechselwirkung des elektrischen Feldes mit der umgebenden Materie langsamer ist. Die Lichtgeschwindigkeit in einem dielektrischen Medium ist oft Gegenstand von Diskussionen, wie hier gezeigt. Leider ist die akzeptierte Antwort in dieser Diskussion nicht wirklich zufriedenstellend, da die Verlangsamung weder Energieverlust erfordert noch stochastisch ist. Es ist besser, die gesamte elektromagnetische Welle und ihre Wechselwirkung mit einer Umgebung zu betrachten, die eine elektromagnetische Reaktion hervorrufen kann. Auf jeden Fall ist der Gedanke an Licht (Teilchen, Welle oder was) und darüber hinaus seine Wechselwirkung mit Materie irgendwie verblüffend.

Edit 1 zum Geschwindigkeitsverlust:

Meistens würde man sehr große Objekte betrachten, also gelten sie als statisch und das Photon geht mit dem gleichen Impuls aus. Wenn das reflektierende Objekt sehr klein ist, könnte man eine Bewegung und einen reduzierten Impuls in Betracht ziehen. Dies würde jedoch nicht die Geschwindigkeit des reflektierten Photons verringern, sondern seinen Impuls und damit seine Energie. Dadurch ändert sich also die Wellenlänge. Dieser Vorgang wäre etwas wie inelastische Streuung. Dennoch muss man die Impuls- und Energieerhaltung berücksichtigen (es sei denn, es handelt sich um die allgemeine Relativitätstheorie; dann geht die Energieerhaltung aus dem Fenster).

Edit 2 zur Energie- und Impulsübertragung:

In Anbetracht einer der Fragen in den Kommentaren, ob die Energie- und Impulsübertragung etwas mit Sonnenenergie zu tun hat oder alternativ verwendet werden könnte, hier einige einfache Schätzungen für ein Photon mit Wellenlänge$\lambda = 560\;\mathrm{nm}$(etwas gelblich). Die Energie des Photons ist$E= h c/ \lambda= 2.2\;\mathrm{eV}=3.54\;10^{-19}\;\mathrm{J}$. Der Schwung ist$p=h/\lambda$und die Übertragung ist ungefähr$\Delta p= 2p=2.37\;10^{-27}\;\mathrm{kg\;m/s}$. Ein Spiegel der Masse$m=1\;\mathrm{kg}$verantwortlich für diese Impulsübertragung, wird kinetische Energie haben$p^2 /(2 m)=2.8\; 10^{-54}\;\mathrm{J}$. Die erforderliche Änderung der Wellenlänge des Photons, das diese Energie bereitstellt, kann angenähert werden durch (die Annäherung geht davon aus, dass die Änderung gering ist, was wir jetzt sehen)$\Delta \lambda \approx \Delta E \lambda^2/(h c)=2h/(mc)=4.42\; 10^{-33}\;\mathrm{nm}$

Beachten Sie, dass Sie dasselbe erhalten, wenn Sie dies als relativistischen Dopplereffekt interpretieren , dh$\Delta \lambda \approx \lambda v/c$, Wo$v$ist die Geschwindigkeit des Spiegels aufgrund der Impulsübertragung des Photons. (Die Näherung gilt für$v \ll c$). Beachten Sie auch, dass die absolute Wellenlängenänderung für große Wellenlängen, dh kleine Photonenenergien, unabhängig von der Wellenlänge ist; So$\Delta \lambda/\lambda \rightarrow 0$für$\lambda \rightarrow \infty$.

Eine hypothetische Änderung der Wellenlänge liegt also unter allem, was man zu messen hoffen könnte (33 Ziffern hinter dem Komma). Außerdem ist der Energiegewinn im Spiegel lächerlich klein im Vergleich zu der Energie, die man durch Absorption gewinnen kann. Trotzdem ist die Impulsübertragung nicht so schlimm, da kann man leicht "feuern"$10^{27}$Photonen, um eine vernünftige Gesamtwirkung zu erzielen. Die Effizienz scheint jedoch schlecht zu sein, also machen Sie eine schnelle Suche nach dem Photonenantrieb, um herauszufinden, warum und wie es überhaupt gemacht wird.