Wie weit kann die Lichtgeschwindigkeit reduziert werden? [Duplikat]

Die kurze Antwort lautet, dass es keine bekannte theoretische streng positive Untergrenze der Lichtgeschwindigkeit gibt. Jede noch so kleine positive Zahl ist möglich, obwohl für jedes Kandidatenmaterial Grenzen gesetzt sind, wie ich am Ende meiner Antwort erkläre.

Man muss pedantisch sein, um die fehlende Begrenzung auf eine allgemeinere "Lichtgeschwindigkeit" zu verstehen. Von diesem pedantischen Standpunkt aus hat wahres Licht nur eine mögliche Geschwindigkeit, nämlich$c$. Jetzt müssen wir verstehen, dass die elektromagnetische Störung, die man in einem optischen Material sieht, kein reines Licht ist, sondern eine Quantenüberlagerung von elektromagnetischen Feldzuständen und angeregten "Atom" -Zuständen (wobei ich das Wort Atom verwende, um jedes Atom / Molekül zu bezeichnen, mit dem es interagiert das Licht). Das bedeutet, dass sich die Ausbreitungsverhältnisse und damit die Gruppengeschwindigkeit für die Störung ab ändern$c$aufgrund der Kopplung zwischen Licht- und Atomzustand. Eine grobe Analogie ist, dass die Störung verlangsamt wird, weil Licht von Atomen absorbiert wird, die eine kurze Zeit in angeregten Zuständen verweilen, bevor sie Licht wieder emittieren, wodurch die Ausbreitung der Störung verlangsamt wird.

Je mehr die Überlagerung von den Atomzuständen dominiert wird, desto langsamer wird die Störungsausbreitung sein. Langsamere Pulse werden erreicht durch (1) längere effektive Lebensdauer jeder Licht-Atom-Wechselwirkung, (2) höhere Wechselwirkungsquerschnitte (3) Dichte von wechselwirkenden Atomen. Wenn der Wechselwirkungsquerschnitt unbegrenzt zunimmt, wird jedes emittierte Photon mit ziemlicher Sicherheit mit dem nächsten Nachbarn des emittierenden Atoms interagieren. Dies bedeutet, dass die Grenzgeschwindigkeit für dieses bestimmte Material in der Größenordnung des Atomgitterabstands dividiert durch die Wechselwirkungslebensdauer liegt. Eine Interaktionslebensdauer von$1{\rm ns}$mit einer$0.3{\rm nm}$Gitterabstand ergibt eine Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von$30{\rm cm\, s^{-1}}$.

Wie sich das Licht in einer Materie verlangsamt, hängt von der Rezeptur seines Brechungsindex ab. Für übliche, gewöhnliche Materialien liegt sie im Bereich von 1–3.

Bose-Einstein-Kondensate haben einen extremen Brechungsindex, sogar Millionen oder Milliarden. In einem BEC mit einem Brechungsindex von$10^9$, die Lichtgeschwindigkeit ist nur$30~\mathrm{cm/s}$.

Hier ist ein relativ alter Artikel aus dem Jahr 1999 über die Verlangsamung des Lichts auf rund$50 ~\mathrm{km/s}$. Es gibt neuere Ergebnisse, die sogar dies deutlich verbessert haben.

Derselbe Wissenschaftler stoppte das Licht später nur zwei Jahre und machte es "wiederstartfähig".

Die hier gegebenen Antworten machen mich nachdenklich, weil ich hier vielleicht ein Missverständnis spüre. Oder vielleicht irre ich mich, was wahrscheinlicher ist. :-)

Die Antworten hier beziehen sich auf Entfernungen, die das Licht zurücklegt. Aber soweit ich verstanden habe, ist Licht nie langsamer als 299 792 458 m/s. Ich schätze, es mag von einem Bezugspunkt aus so "aussehen", dass das Licht verlangsamt wurde, wenn ein Ereignis eingetreten ist, zB das Reisen in einer verzerrten Raumzeit. Meiner Meinung nach muss man die „Raumzeit“ berücksichtigen, die Einstein vor einigen Jahrzehnten in der Relativitätstheorie beschrieben hat. Langsamer werden heißt Energie verlieren. Aber Energie zu "verlieren" ist nur eine Rotverschiebung in der Frequenz, aber Licht ist immer noch im gleichen schnellen Tempo wie zuvor.

Ich würde also annehmen, dass das Licht nicht langsamer wird. Ich sage nicht, dass ich Recht habe, aber vielleicht ist dies ein Hinweis.

Wie würden Sie Geschwindigkeit definieren?

Falls es eine Richtung hat:

Die maximale Verlangsamung, die Sie erreichen können, beträgt 2 ° C, dies wird durch die Verwendung eines Spiegels erreicht.

Für den Fall, dass es durch die Zeit definiert wird, die benötigt wird, um von A nach B zu gelangen

Wenn Sie die Geschwindigkeit definieren würden, indem Sie die Breite eines Objekts betrachten, wo das Licht an Punkt A eintritt und an Punkt B austritt, kann Folgendes abgeleitet werden:

• Das Objekt kann eine Blackbox sein
• In der Blackbox befinden sich 4 Spiegel, das Licht bewegt sich zunächst nach Norden, trifft dann im 90-Grad-Winkel auf den ersten Spiegel und wird nach Osten reflektiert. Viele Kilometer weiter östlich trifft das Licht im 90-Grad-Winkel auf einen weiteren Spiegel und wird nach Norden reflektiert. Nach 1 Meter trifft das Licht auf einen weiteren Spiegel und wird nach Westen reflektiert. In der Nähe des ersten Spiegels trifft es auf den vierten Spiegel und wird nach Norden reflektiert.

Nun kann die resultierende Geschwindigkeit durch das Objekt beliebig langsam (aber positiv) gemacht werden, indem der zweite und dritte Spiegel weiter nach hinten verschoben werden.

Dieses Beispiel ist etwas erfunden, aber wenn ich mich richtig erinnere, verwendet ein Laser tatsächlich ein ähnliches Konzept. (Licht für eine Weile 'darin' halten und es so durch diese Definition verlangsamen.)

Andernfalls

Für andere Definitionen würde ich sagen, dass die vorhandenen Antworten ausreichen sollten.