Muchas de estas respuestas indican que la luz es absorbida y reemitida o rebota en el medio para reducir la velocidad de la luz. Esta es una explicación engañosa.
Nuestro mejor modelo de fotones proviene de la teoría del campo cuántico. La explicación más fácil que se me ocurre para esa matemática es que la ecuación de onda del fotón toma todas las rutas posibles a través del medio (o no a través del medio si esas rutas son posibles). Sumamos todos los caminos POSIBLES y el resultado es un campo de probabilidad de dónde podría estar el fotón. Los fotones siempre “toman todos los caminos posibles”, independientemente de si un medio está presente o no (el medio solo altera los posibles caminos que podrían tomarse). Hasta que el fotón interactúa en una ubicación particular, toma todos estos caminos. Si el fotón fuera absorbido y reemitido, NO tendríamos una imagen clara de los objetos que vemos a través del agua o el vidrio (o el aire). Los fotones que “rebotan” más o que son absorbidos y reemitidos simplemente no están bien. Los fotones no están “tomando” caminos más largos.
Un medio como el agua es realmente una colección de una gran cantidad de pequeños electrones y protones que se cancelan casi por completo con sus campos eléctricos (y generalmente magnéticos), pero si se observa lo suficientemente cerca, todavía tiene una estructura de carga. Esta estructura de carga tiene una PROBABILIDAD de interactuar con el fotón.
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Ahora para la verdadera rareza cuántica. Incluso si se emite un solo fotón en el medio y ese fotón no se absorbe o reemite la ecuación de onda del fotón que describe dónde podría estar, TODAVÍA se ve afectado por la presciencia del medio . Cuando se suman todos los caminos posibles a través del medio, el centro de la probabilidad de encontrar el fotón es diferente de cómo sería en el vacío.
Incluso si dividimos el fotón para que pueda ir por dos caminos diferentes y uno atraviese el agua y el otro no, la red TODAVÍA se ve afectada por la presencia del agua en el otro camino . Es importante tener en cuenta que la velocidad FRONTAL (el borde de ataque) de la probabilidad “ola” sigue siendo la velocidad de la luz.
Este es el nivel de rareza de Quantum Jewel Thief. El experimento mental para la joya cuántica se explica en el siguiente libro:
“Quantum: Una guía para los perplejos” por Jim Al-Khalili
Cómo alguien podría saber que una joya está presente sin que nada la toque es bastante extraño. Del mismo modo, la mayoría de los fotones no interactúan con el medio por el que atraviesan, pero la onda de probabilidad neta se ralentiza porque tienen una probabilidad distinta de cero para interactuar y algunos caminos posibles se ven afectados (algunos caminos incluso se pierden como están imposible en el medio pero son posibles en el vacío mientras otros reflexionan).
El siguiente enlace muestra una onda similar a una partícula golpeando una barrera.
https://en.wikipedia.org/wiki/Qu…
El efecto muestra un túnel cuántico, por lo que es un poco diferente. Sin embargo, la razón por la cual los fotones se mueven más lentamente a través de los medios utiliza matemática similar al túnel cuántico. Imagínense que en lugar de una barrera existente (pared de potencial muy alto / infinito) hay un medio con un potencial un poco más alto (como un pequeño escalón hacia arriba, el fotón podría saltar encima en lugar de una barrera dura). El fotón tiene una probabilidad de reflejarse cuando está en el medio y pasa a través (dirigiéndose tanto a la izquierda como a la derecha como en el ejemplo de túnel). Ambos se unen para formar una onda neta que (generalmente) se mueve un poco más lento que el fotón en el vacío.
Cuando el fotón se encuentra con el paso (entra al medio) tiene una probabilidad de reflejarse y transmitir (y posiblemente absorberse). Esto se manifiesta como parte de la onda de probabilidad que se refleja en el medio y parte que pasa (como la animación). DESPUÉS de que el fotón está en el medio, cada instancia a lo largo del camino tiene una probabilidad de reflejarse y pasar (o ser absorbido). Estas posibilidades se superponen para hacer una estructura de onda que se mueve más lentamente a través del agua. La velocidad delantera (el borde de ataque de la ola todavía se mueve en c pero el centro de la ola puede moverse más lentamente; para una visión visual de las olas del océano donde se agregan un montón de pequeñas ondas para formar olas más grandes).
Las velocidades de grupo y fase del fotón pueden ser más rápidas o más lentas que la luz, pero la velocidad frontal sigue siendo la velocidad de vacío de la luz.
Sumar un montón de ondas para hacer una nueva ola es superposición y es muy importante en la mecánica cuántica.
Un dato divertido: en algunas circunstancias, podemos eliminar rápidamente la cola de la distribución de probabilidad para que su centro avance más rápido que la luz. Esto sucede cuando la partícula atraviesa una barrera (túnel cuántico). En este caso, el borde de ataque se filtra a través de la barrera mientras el resto de la onda de probabilidad desaparece (quizás nuestro universo divergió y la otra parte golpeó la barrera en el “otro universo” y se absorbe / refleja; no tenemos idea). La parte de la ola que queda podría estar centímetros o más por delante de la parte que se fue (dependiendo del tamaño de la barrera). Si la onda es un fotón que se mueve a la velocidad de la luz, entonces la onda podría avanzar más RÁPIDO que la luz a medida que atraviesa la barrera (velocidad de grupo más rápida que la luz durante un corto período de tiempo). Se dice que el tiempo de tunelización es “cero”. Sin embargo, el fotón ya tenía una probabilidad de estar más adelante, por lo que no rompe la física.
Lo anterior es un ejemplo que se realiza en los laboratorios de física todos los días y no tiene nada que ver con la luz “rebotando”.
Los medios y las barreras cambian la forma de la función de onda del fotón.
La velocidad de fase de un fotón puede ser más rápida que la luz, más lenta que la luz o la velocidad de la luz.
Velocidad de fase – Wikipedia
La velocidad de grupo de un fotón podría ser más lenta que la luz o la velocidad de la luz. Podría ser más rápido que la luz por un corto período de tiempo.
Velocidad de grupo – Wikipedia
La velocidad frontal es siempre la velocidad de la luz.
Velocidad delantera – Wikipedia
TLDR; los fotones NO “rebotan” en medios que toman caminos más largos. La rareza mecánica cuántica (superposición de todos los caminos posibles) permite que la velocidad de fase (la velocidad a la que la gente normalmente se refiere cuando menciona la Ley de Snell) de un solo fotón disminuya la velocidad O exceda la velocidad de la luz (o retroceda) dependiendo del medio . La velocidad del grupo también puede disminuir … o por un corto período de tiempo, ir más rápido que la velocidad de la luz (la velocidad que el laico considera la velocidad del fotón). La velocidad delantera (borde de ataque de la onda de probabilidad del fotón) siempre se mueve en c. La velocidad frontal es el borde de ataque de la transferencia de información, por lo que las otras dos velocidades que se mueven más rápido que c no rompen la relatividad. Un solo fotón viaja como una onda a través del “medio que toma todos los caminos posibles”, pero cuando se absorbe en algún lugar, solo existe en una ubicación.
