Wie beschleunigt Licht nach einer Verlangsamung wieder? [Duplikat]

Wenn Licht durch ein physisches Medium wandert, verlangsamen sich die Photonen nicht wirklich. Sie reisen immer noch mit Lichtgeschwindigkeit. Was es so aussehen lässt, als würde es langsamer werden, sind die Wechselwirkungen zwischen den Photonen und dem physischen Medium.

Zum Beispiel können die Elektronen in Atomen Photonen absorbieren und in einen höheren Energiezustand gehen und die Photonen dann wieder emittieren, wenn sie in ihren normalen Energiezustand zurückkehren.

Wie lange es zwischen der Absorption und Emission der Photonen dauert, bestimmt, wie schnell sich das Licht durch ein Medium bewegt.

Aber wenn Photonen absorbiert und wieder emittiert werden, warum müssen sie (Photonen) in der gleichen Richtung wieder emittiert werden? Warum keine Richtung?

Wenn die Photonen wirklich vollständig von den Atomen absorbiert würden, dann würde man das erwarten. Man würde auch erwarten, dass einige Photonen auf mehr Atome stoßen würden und andere auf weniger und daher würden sie manchmal lange brauchen, um durch das Medium zu gehen, und manchmal würden sie in ziemlich kurzer Zeit durchkommen. Das misst man aber nicht, die Photonen brauchen immer gleich lange, um durch das Medium zu wandern. Die Photonen werden tatsächlich nicht vollständig absorbiert, man kann sich vorstellen, dass sie "virtuell absorbiert" werden. Sie folgen jedem möglichen Weg und interagieren mit allen Atomen. Die Pfade, die sich nicht aufheben, entsprechen den wahrscheinlichsten Pfaden, auf denen sich das Photon bewegt. Wenn Sie all diese Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, mathematisch zusammenzählen, erhalten Sie eine Welle, die sich langsamer fortbewegt.

Wenn Licht durch ein transparentes Medium geht, nimmt die Geschwindigkeit unter c ab, was einen Brechungsindex ergibt :

Die Photonen bewegen sich immer mit der Geschwindigkeit c. Licht entsteht aus dem Zusammenfluss einer großen Anzahl von Photonen in einer quantenmechanischen Überlagerung ihrer Wellenfunktionen.

Das Rätsel ist gelöst, weil Photonen elastisch an Atomen und dem Gitter selbst streuen können und innerhalb des Pulses, den sie als Licht aufbauen, längere Wege zurücklegen als der klassisch definierte optische Lichtstrahl, der die reduzierte Geschwindigkeit hat.

Diese einzelnen Photonenstreuungen sind virtuell im Sinne von Feynman-Diagrammen, wobei die echten Photonen diejenigen sind, die vom Auge oder einem Detektor detektiert werden. Sie sind elastisch, weil sich die Farbe in klarem Glas nicht ändert (lasst es uns einfach halten)

Elastische Streuung bedeutet, dass die Phasen erhalten bleiben und somit Bilder übertragen werden können.

Wenn die Streuung unelastisch ist, verlieren die Abregungen des angeregten Atoms oder Gitters die Phasenbeziehung der Photonen und somit werden Bilder nicht übertragen.

Eine quantenmechanische Betrachtungsweise ist, dass das System „Photon + Gitter“ analog zum System „Photon + Doppelspalt“ ist: Die einzelnen Photonen legen einen größeren Weg zurück, gemessen von der Mitte zwischen den Spalten bis zum Punkt auf dem Detektor . In transparenten Medien gibt es eine quantenmechanische Lösung, die die Phasen zwischen den einzelnen Photonen hält, die das austretende Licht aufbauen.

Sie sollten bedenken, dass Photonen keine Ruhemasse haben, sodass eine (im Wesentlichen) sofortige Änderung der Geschwindigkeit möglich ist. Es gibt jedoch Nahfeldrandeffekte an den Grenzen, die wahrscheinlich berücksichtigt werden sollten, also ist es nicht ganz so einfach.