¿La velocidad de la luz realmente cambia a través de un medio o la luz toma un camino más largo?

La respuesta no es mutuamente excluyente. La respuesta sería sí a ambas, cada respuesta apropiada para una representación diferente de la física. Cada representación corresponde a un conjunto diferente de pasos matemáticos para hacer los mismos cálculos.

Todas las teorías físicas tienen representaciones múltiples que son matemáticamente equivalentes a la misma teoría. La visualización de cada representación puede ser diferente, pero las predicciones físicas de la teoría son siempre las mismas.

A los científicos que trabajan en un sistema generalmente les gusta resolver el mismo problema en diferentes representaciones, porque esa es una buena manera de verificar sus matemáticas. Sin embargo, la imagen utilizada para configurar las expresiones matemáticas a menudo resulta ser notablemente diferente. En la aplicación de ‘ingeniería’, todas las representaciones válidas de la misma teoría deben estar de acuerdo en lo que respecta a los resultados experimentales.

Según su pregunta, aplicaré esto a la teoría cuántica aplicada a la radiación electromagnética que pasa a través de la materia corporal. Restringiré mi respuesta a la materia corporal que es un aislante eléctrico transparente. Hay ligeras complicaciones cuando la luz viaja a través de un metal. Sin embargo, la luz no puede viajar muy lejos a través de un metal sin ser absorbida o reflejada. Entonces, lo que digo se aplicará con precisión solo en aisladores eléctricos transparentes, incluido pero no exclusivo del vacío.

La onda electromagnética (p. Ej., La luz) en un vacío ilimitado también actúa como una partícula que los físicos llaman fotón. La velocidad del fotón y la velocidad de la onda electromagnética son ambas c. No hay ambigüedad en cuanto a la velocidad de la luz en un vacío ilimitado.

Bueno, quizás haya una pequeña cantidad de ambigüedad debido a los cambios en el potencial gravitacional de acuerdo con la relatividad general. Voy a ignorar esto, ya que no tiene nada que ver con tu pregunta original. Menciono esto, así que no puedes decir que mentí más tarde.

Primero, proporcionemos una representación donde las moléculas son partículas infinitesimales. La visualización de esta representación es que cada molécula ocupa un único punto con vacío entre ellas. Hay una serie de moléculas igualmente espaciadas que son partículas puntuales en un gran volumen de espacio. La distancia entre cada molécula es mucho más pequeña que la longitud de onda de la onda de luz. La luz se propaga en el espacio entre las moléculas. Las moléculas solo pueden absorber un fotón o emitir un fotón, un proceso inmediatamente después del otro.

El fotón en esta representación es un fotón virtual, periódicamente absorbido y remitido por las moléculas. Sin embargo, hay un retraso significativo entre la absorción y la remisión, y entre la remisión y la absorción. La molécula retiene la energía del fotón durante un tiempo finito después de la absorción, y no absorberá un fotón durante un tiempo significativo después de la emisión.

Mientras el fotón virtual se mueve en el espacio entre las moléculas, se mueve a una velocidad c. En el intervalo de tiempo entre la absorción y la emisión de energía, la velocidad del fotón virtual es efectivamente un vector cero. Entonces, si hace un promedio ponderado en velocidad durante unos pocos ciclos de absorción y emisión, se obtiene una velocidad promedio, u, de luz menor que c. La ración de c / u es el índice de refracción, n. Esto se expresa:

n = c / u.

En segundo lugar, existe la representación donde la luz en el aislante está actuando como un ‘fotón-polaritón’. Un ‘fotón-polaritón’ es una onda combinada que consiste en una onda de luz y una onda vibratoria (p. Ej., Onda de sonido, vibración molecular). La combinación de onda de luz y onda vibratoria viaja como una onda polaritón que tiene una velocidad u, menor que c,

n = c / u.

El fotón-polaritón también actúa como su propia partícula llamada fotón-polaritón. A veces, esta partícula se refiere a una cuasipartícula ya que el fotón se considera la partícula “real” fundamental. Sin embargo, el fotón-polaritón tiene sus propias propiedades que pueden ser bastante diferentes del fotón en un vacío ilimitado. Sin embargo, el fotón-polaritón a veces actúa como una partícula real y, a veces, como una onda.

Ahora, ambas representaciones de la teoría cuántica dan como resultado los mismos cálculos numéricos en lo que respecta a cantidades medibles. El mismo científico puede cambiar de una representación a otra siempre que siga de manera consistente ciertas reglas proporcionadas en la teoría de la física.

La importancia de las diferentes representaciones crea un interesante debate filosófico entre diferentes escuelas de filosofía. Las versiones extremas de cualquier filosofía las llamo ingenuas. Así que déjenme hablar sobre un cierto argumento entre filósofos que considero ingenuo.

Un ingenuo objetivista y un ingenuo posmodernista a menudo discuten sobre la naturaleza de la física. El ingenuo objetivista dirá que hay una única representación correcta de la realidad física. Por lo tanto, cualquier otra representación que no sea la correcta es un artefacto. El ingenuo posmodernista afirmaría que todas las representaciones de la realidad son ilusiones, porque la realidad física es una ilusión. Lo que importa es la OPINIÓN que las personas tienen sobre una representación particular.

Entonces, lo que yo llamo ingenuidad es realmente el rechazo de la ciencia. Entonces, los ingenuos objetivistas rechazan el trabajo de los físicos porque usan muchas representaciones diferentes para el mismo problema. El ingenuo objetivista apoya activamente el modelo de retardo de tiempo o el modelo polaritón. El ingenuo posmodernista diría que todas las teorías cuantitativas de la física son falsas porque la medición es aproximada de todos modos. Entonces, la realidad del modelo de retardo de tiempo o del modelo de polaritón es igualmente una cuestión de opinión pública.

¡No me dejen comenzar con la controversia filosófica detrás de la dualidad onda-partícula! ¡Ese debate más famoso es mucho más de lo que puedo abordar en una sola respuesta!

No sé cómo llamar a mi visión filosófica. Todo se reduce a ‘una diferencia que no hace diferencia no es diferencia’. El Sr. Spock me lo contó por primera vez en una novela de fan fiction. Olvidé qué filósofo de la vida real lo dijo por primera vez y cuándo. En cualquier caso, todas las representaciones de una teoría válida deben predecir las mismas cantidades medibles de manera consistente.

Así que creo que la respuesta a su pregunta es “ambas correctas”.

La luz en realidad se mueve a una velocidad más lenta.

A nivel microscópico, la luz está interactuando con el medio y esto hace que se ralentice.

Es por eso que la constante de la naturaleza se llama “la velocidad de la luz en el vacío” en lugar de “la velocidad de la luz”.

La velocidad de la luz en el vacío es la velocidad de las ondas gravitacionales y las ondas gravitacionales nunca cambian su velocidad de propagación. Entonces, si tuviera que encontrar un nombre para esta velocidad hoy, lo llamaría “la velocidad de la gravedad”, pero como se nombró hace más de un siglo, nos quedamos con “la velocidad de la luz en el vacío”. . ”

Cuando la luz viaja a través de un medio, las perturbaciones en los campos eléctricos y magnéticos en el medio se deben a los campos de átomos en el medio. Estas perturbaciones son de la misma frecuencia que la onda de luz original. Pero estas perturbaciones ( también ondas) se superponen en la onda original, por lo que es una longitud de onda más corta.

La velocidad de la luz es producto de la longitud de onda y la frecuencia. Por lo tanto, la velocidad de la luz disminuye.

Ninguno de los dos, en realidad. “La velocidad media de la luz” es más lenta, porque la luz ha sido absorbida por electrones en órbitas adecuadas, y el impulso se transmite electrón a electrón como una brigada de cubos.

Los rayos gamma a través de UV de onda corta y las ondas de radio se mueven a través de todos los medios en c.

La velocidad de la luz permanece constante, sin embargo, en un medio denso hay un mecanismo de retraso causado por la absorción de los fotones y la readmisión por los átomos formados por el medio. Esta actividad requiere una cantidad de tiempo adicional (pero muy pequeña) que afecta la velocidad promedio. Cuanto más denso es el material, mayor es el número de interacciones y, por lo tanto, más lenta aparece la velocidad promedio de la luz. También hay dispersión de fotones de alta energía que parecen ser desplazados en azul llamados radiación de Cherenkov. En resumen, la velocidad promedio cambia según el medio, pero la velocidad de la luz permanece constante.

En realidad, cuando la velocidad de la luz baja, el camino de un rayo de luz puede acortarse.
Si observa el camino de un rayo de luz que entra y sale de una placa de vidrio gruesa, encontrará que el camino que toma la luz debido a la refracción es más corto de lo que hubiera tomado si la velocidad de la luz en la placa fuera la misma que fuera de eso.

Mire la imagen aproximadamente 2/3 del camino en este enlace: https://osa.magnet.fsu.edu/teach

La velocidad de la luz realmente cambia: el principio de Fermat. la proporción por la cual se reduce la velocidad es también el índice de refracción del medio más denso.

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