Wie verhält sich Licht in einem Medium?

Ich habe Fragen und Antworten zu diesem Thema gelesen und auch einige Experimente durchgeführt, um zu versuchen und zu verstehen, was mit Licht in einem Medium passiert. Irgendwas scheint mir einfach keinen Sinn zu machen. Ich verlange nicht, dass alle unten stehenden Fragen beantwortet werden, auch nur eine wäre sehr willkommen.

  1. Warum bewegt sich das Reemissionsphoton in die gleiche Richtung wie das Photon, das die Reemission verursacht hat?

  2. Wie könnte das Medium, Glas, Wasser usw. bei sichtbaren Lichtfrequenzen schwingen? Scheint zu schnell.

  3. Welche Informationen geben die Photonen auf dem Weg weiter, die es den Photonen ermöglichen, das Material in der gleichen Richtung zu verlassen wie diejenigen, die in das Material eintreten?

  4. Gibt es eine physikalische Ursache für die reduzierte Wellenlänge? Ich weiß, dass es für die Energieeinsparung notwendig ist, aber wie wird die Wellenlänge tatsächlich verringert?

Sie scheinen bereits zu wissen, dass Licht durch Glas mit kürzeren Wellenlängen als im Vakuum wandert. Könnten Sie den Titel Ihrer Frage entsprechend umformulieren? Sie scheinen auch ein Modell der "Wiederaufnahme" im Sinn zu haben. Meinst du Reemission? Warum übernehmen Sie dieses Modell? Die meisten Physiker verwenden den Begriff der Polarisation.
@my2cts Danke für die Rechtschreibinfo. Ich bin mir nicht sicher, was ein anderer Titel wäre.
Siehe physical.stackexchange.com/questions/247084/… , wo ich die Absorption/Reemission besprochen habe und warum dies nicht der Prozess ist, der in transparenten Materialien zu finden ist; dann gebe ich eine Version von Feynmans Erklärung für die Übertragung durch ein transparentes Material. Es sollte alle Punkte aus Ihrer Frage beantworten.
@safesphere: deine Vermutung ist richtig! Ich empfehle Feynmans „QED: The Strange Theory of Light and Matter“ für Ihre aufmerksame Lektüre. Aber Sie können die ursprüngliche Nachricht kommentieren, wenn Sie möchten, wo die Kommentare im Kontext sinnvoller sind.
Ich habe meine Kommentare entfernt. Sie waren nur für das OP, um zu berücksichtigen, dass die auf dieser Website vorherrschende Meinung falsch ist. Masselose Photonen streuen nicht. Streuung ist ein Prozess der Absorption und Reemission.
@lamba in Ihrem Titel Sie, was das Verhalten von Licht in einem Medium ist, aber aus dem Körper geht hervor, dass Sie die Antwort bereits kennen: Es geht mit einer kürzeren Wellenlänge durch.
@my2cts Ich suche nach den Wechselwirkungen, die die Ereignisse erzeugen, die wir beobachten, wenn Licht durch ein Medium geht. Was passiert im Wasser, das die Wellenlänge verkürzt? Warum folgt das Reemissionsfoto demselben Weg usw
Ich sehe keine "Ereignisse", wenn Licht durch ein Dielektrikum geht. Wenn Sie von „Reemission“ sprechen, scheinen Sie ein Modell im Sinn zu haben. Es ist üblich, diese Phänomene stattdessen mit Begriffen der Polarisierung zu beschreiben.
Mögliches Duplikat von Warum ist nicht alles transparent?

Antworten (2)

Ich werde Ihre Fragen beantworten, aber zuerst müssen wir klären:

Es gibt drei Dinge, die passieren können, wenn ein Photon mit einem Atom interagiert:

  1. Bei der elastischen Streuung behält das Photon seine Energie und Phase und ändert seine Richtung

  2. Bei der inelastischen Streuung gibt das Photon einen Teil seiner Energie an das Atom ab und ändert seine Richtung

  3. Absorption, das Photon gibt seine gesamte Energie an das Atom ab und das Valenzelektron bewegt sich gemäß QM auf ein höheres Energieniveau

Bei Glas handelt es sich um elastische Streuung, nur so können (wie bei einem Spiegel) die Energie und Phase der Photonen gehalten und ein Spiegelbild erzeugt werden.

Bei Glas ist die Richtung jetzt dieselbe wie beim Original (bei Spiegel ist sie entgegengesetzt), aber die Photonen im Glas bewegen sich senkrecht (oder in einem anderen Winkel als das Original) zur Glasoberfläche. und sie erhalten den ursprünglichen Bewegungswinkel wieder, wenn sie das Glas verlassen.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nun deine Fragen:

  1. Die Richtung ändert sich, wenn die Photonen in das Medium eintreten und es verlassen. Gleich ist der Brechungswinkel beim Ein- und Austreten.

  2. es ist keine Absorption.

  3. es sind nicht nur die Photonen, die den Brechungswinkel ausmachen, sondern die molekulare und atomare Struktur von Glas (der Unterschied zwischen den beiden Medien)

  4. Was reduziert wird, ist die Geschwindigkeit der Wellenfront in den dichteren Medien. Jedes Photon bewegt sich immer noch mit der Geschwindigkeit c innerhalb des Mediums (da sich Photonen immer im Vakuum bewegen).

Eine Photonenstreuung ist ein Prozess der Absorption und Reemission. Beispielsweise wird bei der Compton-Streuung eines Photons an einem Elektron der Prozess durch ein virtuelles Elektron vermittelt, das die Energie des absorbierten Photons vom Absorptionspunkt zum Emissionspunkt eines neuen Photons trägt. Sie können dies deutlich in den Feinmann-Diagrammen hier sehen: redberry.cc/documentation:tutorials:compton_scattering_in_qed
@safesphere: aber die kohärente Übertragung durch transparentes Material ist der Thomson-Streuung nachempfunden, nicht der Compton-Streuung!
@PeterDiehr " Thomson-Streuung ist die elastische Streuung elektromagnetischer Strahlung durch ein freies geladenes Teilchen, wie durch den klassischen Elektromagnetismus beschrieben . Es ist nur die Niederenergiegrenze der Compton-Streuung " - en.m.wikipedia.org/wiki/Thomson_scattering
Entschuldigung, aber sowohl Compton als auch Thomson liegen in diesem Fall falsch. Compton-Streuung und Thomson-Streuung ist, wenn die Wellenlänge im Vergleich zu den Atomen klein ist. Rayleigh-Streuung ist, wenn die Wellenlänge im Vergleich zu den Atomen groß ist. Für sichtbares Licht (worum es in der Frage geht) sind 400-700 nm größer als die Atome.

Indem Sie in Ihrer Frage Photonen erwähnen, fordern Sie implizit eine Quantenbeschreibung des Prozesses. Die wichtigste grundlegende Ebene der Quantenbeschreibung der Wechselwirkung eines Photons mit irgendetwas anderem ist die Quantenelektrodynamik (QED). Bei der QED wird das Photon immer absorbiert und wieder emittiert.

Es wäre jedoch äußerst umständlich, die Ausbreitung eines Photons, das sich durch ein Stück Glas ausbreitet, mit QED auf seine grundlegendste Weise zu analysieren. Es würde erfordern, dass alle verschiedenen möglichen Pfade kohärent zusammengefasst werden, die ein Photon nehmen kann, indem es von Atom zu Atom gestreut wird (dh indem es von jedem dieser Atome absorbiert und wieder emittiert wird). Aus diesem Grund verwenden wir einige Annäherungen, wie z. B. die Theorie des effektiven Mediums.

Was wir auch tun können, ist zu sagen, dass ein einzelnes Photon nur eine einzelne Anregung der Wellenfunktion für das elektromagnetische Feld ist. Liegen keine Nichtlinearitäten vor, so wird das Verhalten der Wellenfunktion und das des klassischen optischen Feldes durch genau die gleichen Gleichungen beschrieben. Aus diesem Grund können wir genau wissen, wie sich ein Photon durch ein Stück Glas ausbreitet, indem wir untersuchen, wie sich ein klassisches Feld durch ein Stück Glas ausbreitet. Vorausgesetzt, Sie wissen das bereits, wissen Sie auch bereits, was ein Photon tut.

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