Ich habe eine kurze Frage zur Lichtbrechung und es tut mir leid, wenn es ein bisschen simpel oder sogar dumm erscheint, aber ich lerne noch.
Wir wissen, dass Licht langsamer wird, wenn es durch ein dichteres Medium geht. Gibt es jedoch eine Grenze für diese Verlangsamung? Wenn nein, wäre es nicht möglich, mit einem Medium, das wir selbst herstellen (wie einem Kristall), die Lichtgeschwindigkeit bis zu einem Punkt zu verringern, an dem wir "sehen können, wie sich die Photonen vorwärts bewegen"?
Ich weiß, dass es viel komplizierter ist und dass Sie kein Licht sehen können, es sei denn, ein anderes Licht prallt davon ab, was ich meine, ist das Verlangsamen des Lichts auf eine extreme und ungewöhnliche Geschwindigkeit). Das klingt völlig absurd, aber ich kann anscheinend nicht finden, was falsch ist. Kann mir das jemand erklären? :)
Ja, Licht kann unter den richtigen Bedingungen vollständig zum Erliegen gebracht werden.
Um zu verstehen, wie dies geschieht, müssen Sie verstehen, was passiert, wenn das Licht in einem Medium langsamer wird. Licht ist ein oszillierendes elektromagnetisches Feld, und wenn es irgendetwas passiert, das geladene Teilchen enthält (dh jede Materie, die aus Elektronen und Protonen besteht), interagiert die elektrische Feldstärke des Lichts mit diesen Ladungen.
Wenn das Licht mit den Ladungen wechselwirkt, müssen wir das Licht/Materie-System durch eine neue Wellenfunktion beschreiben, die alle wechselwirkenden Komponenten enthält. Das Licht ist also nicht mehr reines Licht – wir haben ein Quantensystem, das das Licht mit den geladenen Teilchen vermischt. Wenn diese Mischung sehr stark ist, entsteht ein Quasiteilchen namens Polariton . Das Polariton ist ein massives Teilchen und bewegt sich daher mit weniger als Lichtgeschwindigkeit.
Unter normalen Umständen, zB wenn Licht durch Glas geht, ist die Wechselwirkung von Licht und Medium relativ schwach und wir würden wahrscheinlich keine Polariton-Beschreibung verwenden. Stattdessen würden wir eine klassische Beschreibung verwenden, wie sie in den Antworten auf Warum funktionieren Prismen (warum ist die Brechungsfrequenz abhängig)? .
Es ist jedoch möglich, Systeme herzustellen, die sehr, sehr stark mit dem Licht interagieren. Speziell Bose-Einstein-Kondensate . Diese Wechselwirkung kann so stark sein, dass die Polaritonen im Wesentlichen bewegungslos werden, dh das Licht zum Stillstand gebracht wird. Dies gelang erstmals 2001 einer Gruppe am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, der es gelang, Licht in einem Gas aus Rubidiumatomen zum Stillstand zu bringen. Etwa zur gleichen Zeit erzielte eine Gruppe in Harvard das gleiche Ergebnis mit einem Bose-Einstein-Kondensat aus Natriumatomen.
Die oben erwähnten Experimente erfordern ziemlich extreme Bedingungen, um zu funktionieren, aber sie beinhalten im Grunde die gleiche Physik, die bewirkt, dass Licht um einen Faktor von etwa 1,5 in Glas verlangsamt wird.
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