Wie beugt man Licht?

Wir beugen ständig Licht – mit Linsen.

Licht biegt sich aufgrund der Impulserhaltung, wenn es von einem Material zum anderen geht.

Das Gesetz von Snell beschreibt, wie sich Licht krümmt.

Licht wird auch gebeugt, wenn es an massiven Objekten vorbeifährt - schauen Sie sich "Gravitationslinsen" an, wenn Sie interessiert sind.

Licht kann effektiv in einen parabolischen Pfad gebogen werden, indem Materialien verwendet werden, die einen sich ändernden Brechungsindex haben. Dies geschieht in der Faseroptik mittels „ Gradienten-Index-Faser “.

Licht bewegt sich im Allgemeinen nicht in geraden Linien (obwohl es dies in denjenigen tut, denen wir normalerweise begegnen).

Zum einen ist Licht wirklich eine Welle und kann nur näherungsweise als aus sich unabhängig ausbreitenden Strahlen bestehend gedacht werden. Dies geschieht, wenn die Wellenlänge des Lichts viel kleiner ist als die Entfernungen, über die es sich ausbreitet, was normalerweise bei Licht der Fall ist (dessen Wellenlänge im sichtbaren Bereich liegt$0.4$Zu$0.7\,\mu\textrm{m}$) ist aber zB bei Radiowellen und bei Nanopartikeln nicht unbedingt der Fall .

In dieser kurzwelligen Grenze weicht die Wellenausbreitung der Strahlausbreitung (die ein spezieller, ungefährer Fall der ersteren ist) und insbesondere dem Fermatschen Prinzip zur mathematischen Beschreibung des Lichts. Dieses Prinzip besagt, dass Lichtstrahlen ab$A$und endet bei$B$folgt dem Weg, der die Reisezeit minimiert

Für ein homogenes Medium ergibt dies tatsächlich gerade Linien für die Ausbreitung. Für eine planare Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien ergibt sich das Snellsche Brechungsgesetz und es beschreibt auch die Reflexion. (Da jedoch die tatsächliche Natur des Lichts als oszillierendes elektrisches Feld nicht berücksichtigt wird, kann diese Beschreibung keine Transmissions- oder Reflexionskoeffizienten vorhersagen .

Wenn das Medium jedoch nicht homogen ist, bewegt sich das Licht nicht auf einer geraden Linie, und für komplizierte Inhomogenitäten kann der Weg entsprechend schwierig zu berechnen sein. Als Beispiel siehe die Bildung von Luftspiegelungen oder allgemeiner atmosphärische Brechung . Umgekehrt, wenn man einen bestimmten Weg haben möchte, den ein bestimmter Lichtstrahl nehmen soll, dann ist es möglich, eine räumliche Abhängigkeit des Brechungsindex zu konstruieren, die das Licht auf diese Weise krümmen wird. (Ob eine solche Abhängigkeit physikalisch vertretbar ist, steht natürlich auf einem anderen Blatt; knickt der Pfad zu stark ab, dann lassen sich möglicherweise keine Materialien mit entsprechend großem Index und Indexgradienten finden.)

Um all die netten Antworten hier zu verallgemeinern: Wir können Licht mit optischen Fasern oder photonischen Kristallen in fast jede Form biegen. Obwohl es künstlich aussieht, ist es im Grunde allen anderen Methoden gleichwertig, da es denselben physikalischen Gesetzen unterliegt.

Theoretische Lösungen für die Maxwell-Gleichungen, bei denen Lichtstrahlen sogar im Vakuum entlang gekrümmter Bahnen reisen können, wurden gezeigt. Ich bin sicherlich kein Experte auf diesem Gebiet, also werde ich nicht versuchen, eine Theorie zu erklären, ich erinnere mich nur, dass ich etwas über die Studie gelesen habe. Sie können darüber hier lesen: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . Oder googeln Sie "Airy Beam"

Ich stimme 16BitTons zu. Es wird behauptet, dass sich Licht geradlinig ausbreitet, aber aufgrund der großen Anzahl optischer Instrumente, die wir heute verwenden, nämlich Linsen, Spiegel, Prismen usw. wir sind in der Lage, die Bewegungsrichtung des Lichts zu ändern, es von seinem tatsächlichen Weg abzulenken und es somit zu „biegen“. Hier würde ich auch vorschlagen, dass wir wie in der Geometrie wissen, dass der Kreis eine Kombination aus einer Reihe kleiner gerader Linien ist, die miteinander verbunden sind um die endgültige Form zu bilden. Versuchen Sie, Dreieck, Quadrat, Fünfeck ..., Ikosagon, ... zu nehmen, und wenn Sie höher und höher steigen, neigt die Form dazu, mehr und mehr ein Kreis zu werden. Wenn ein ähnlicher experimenteller Aufbau eingerichtet werden kann, um einen Teil der Kurve unter Verwendung einer Kombination aus mehreren Spiegeln vorzubereiten, und dann das Licht von einem Ende einfallen lässt, dann können wir möglicherweise die "Krümmung" des Lichts sehen vom anderen Ende.