Wie kann sich die Lichtgeschwindigkeit im Medium ändern, wenn wir wissen, dass sie immer gleich ccc ist? [Duplikat]

Wie kann sich die Lichtgeschwindigkeit im Medium ändern, wenn wir wissen, dass sie immer gleich ist C ? Wenn wir sagen, dass sich die Lichtgeschwindigkeit im Medium ändert, widerspricht das dem Einsteinschen Gesetz der speziellen Relativitätstheorie.

Ich wusste nicht, dass ich das wusste! ;-) Aber es stimmt nicht: Licht reist immer mit C im Vakuum, aber in allen anderen Medien seine Geschwindigkeit < C .

Antworten (3)

James und Griffiths, Am J Phys 60 , 309–313 1992, behandeln die Übertragung und Reflexion einer ebenen elektromagnetischen Welle, die normalerweise auf ein transparentes Medium einfällt. Unter Verwendung eines störenden Ansatzes argumentieren sie, dass das einfallende elektrische Feld das Medium polarisiert, die mit dieser Polarisation verbundenen oszillierenden Dipole erzeugen ein zusätzliches elektrisches Feld, das wiederum eine zusätzliche Polarisation hervorruft ... die "Strahlung von vielen induzierte molekulare Dipole konspirieren, um eine einzelne Welle zu erzeugen, die sich mit reduzierter Geschwindigkeit ausbreitet".

Dies ist das klassische physikalische Modell; Fresnelsche Wellen plus die Physik der Maxwellschen Gleichungen. Es erklärt (oder verwendet) Photonen nicht.
Entschuldigung, ja, Sie haben Recht, dies ist das klassische Modell.

Die mittlere Geschwindigkeit ändert sich, weil die Photonen an den Atomen im Medium streuen, wodurch ihr Weg länger wird. Die momentane Geschwindigkeit ist jedoch immer gleich C .

Wenn Sie Streuung sagen, wäre das so, als würde man zwischen den Atomen hin und her wackeln, wenn es das Medium durchquert? Ich habe mich immer gefragt, ob die Zeit und ein solcher Weg jemals verglichen wurden? Gibt es irgendwo ein Experiment, das durchgeführt wurde?
Da diese Antwort von Photon kommt, handelt es sich sicherlich um Informationen aus erster Hand.
Dies ist ein sehr irreführendes Modell. Zum Beispiel deutet es darauf hin, dass die Photonen zufällig ihre Richtung ändern, wenn sie auf Atome prallen (wodurch sie schnell ihre ursprüngliche Richtung vergessen würden), während sie sich in Wirklichkeit in einer geraden Linie ausbreiten. Es erklärt auch nicht den Fall N < 1 , was beobachtet wurde.
Die Form der Streuung innerhalb des Mediums muss die optische Kohärenz bewahren, sonst geht das Bild verloren – und das Medium ist nicht mehr transparent!
@knzhou: Du hast völlig Recht, danke für deinen Kommentar

Transparente Materialien (Glas, Luft) übertragen Bilder; Wenn das Bild verzerrt oder undeutlich ist, wissen wir, dass das Material die Kohärenz der optischen Information verändert. Das heißt, was am Anfang begonnen hat, ist nicht gleichzeitig angekommen. Bei ausreichender Verzerrung geht das Bild vollständig verloren.

Was ist also erforderlich, damit ein transparentes Medium ein Bild erfolgreich übertragen kann? Da Licht eine physikalische Welle ist, muss das transparente Medium die Kohärenz der Phaseninformation des Lichts bewahren. In einem typischen Glas wird die Phasenfront leicht verlangsamt, während sie durch das Glas wandert; diese Verlangsamung ist im Brechungsindex kodiert, N = C / v .

Wenn das Material einige Frequenzen absorbiert, erscheint das Material gefärbt; ein absorbiertes Photon (abhängig von der Energieniveaustruktur) kann erneut emittiert werden, aber dies wird (a) eine zufällige Zeit später und (b) in einer zufälligen Richtung sein. Kein Bild für diese Farbe! Es gibt eine Ausnahme: die stimulierte Emission, die der Schlüssel zum Bau eines Lasers ist. Aber so werden Bilder nicht in einem passiven Material übertragen.

Der Prozess, der Bilder überträgt, kann als Coherent Forward Scattering zusammengefasst werden: Kohärent, weil sonst die Bildintegrität verringert wird; Vorwärts, weil das Bild in dieser Richtung durch das Material übertragen wird; und Streuung, der verbleibende verfügbare verallgemeinerte Mechanismus auf der Quantenebene.

Das Ergebnis ähnelt dem Wavelet-Modell von Huyghen für die Lichtübertragung: Die Photonen sind die Wellen, die kohärent gestreut werden, und weil sie kohärent sind, können sie sowohl konstruktiv als auch destruktiv interferieren, um die Kohärenz der gesamten Phasenfront aufrechtzuerhalten.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Durch die kohärente Vorwärtsstreuung der Photonen verlangsamt sich die Wellenfront im Medium; dies verzögert die Wellenfront leicht, obwohl die Photonen noch unterwegs sind C

Es ist die Interferenz, die die Phasengeschwindigkeit durch das Material verlangsamt; die einzelnen Photonen „bewegen“ sich weiterhin mit Lichtgeschwindigkeit, C , aber die effektive Bewegung der Phasenfront wird verlangsamt.

Richard Feynman widmet dem einige Zeit in seinen Vorlesungen über QED: The Strange Theory of Light and Matter

Teilweise entlehnt aus meiner Antwort auf Warum ist nicht alles transparent?

Wie kann sich die Lichtgeschwindigkeit im Medium ändern, wenn wir wissen, dass sie immer gleich ccc ist? [Duplikat]
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