¿Qué ralentiza la onda de luz? No absorción y reemisión de fotones. En primer lugar, los fotones no son absorbidos por ningún átomo o molécula o electrón y son reemitidos. La frecuencia de luz en un material transparente puede estar lejos de una banda de absorción. Las transiciones electrónicas están cuantizadas, y no absorben cualquier longitud de onda arbitraria de luz: absorben en las longitudes de onda que contienen la energía correcta. Pensemos en lo que sucedería si los átomos en el vidrio absorbieran y reemitieran fotones.
- Los fotones no solo se retransmitirían exactamente en la misma dirección que antes.
- No estarían exactamente en fase con el fotón original.
- Cada fotón absorbido y reemitido tendría una cantidad aleatoria de retraso antes de que se emitiera un fotón.
- La mayoría de los átomos en un estado excitado colisionarían con otro átomo y transferirían la energía al medio. La cantidad de energía que generalmente se transfiere al medio para obtener sólidos es un fonón, y finalmente termina en calor. No se quedaría el tiempo suficiente para reemitir la energía como un fotón.
- Un rayo láser que atraviesa el vidrio se difundiría y perdería coherencia debido a todos los cambios aleatorios en fase, dirección y tiempo. Enviaría un pulso láser y la luz seguiría saliendo por un tiempo después de que el pulso láser se detuviera.
Simplemente no sucede así en material transparente. Esa no es una explicación viable de lo que está sucediendo.
Si están enseñando estas cosas en la escuela, me disculpo. Probablemente le estén dando una explicación que es fácil de hacer suponiendo que comprará esta respuesta y continuará. Desafortunadamente, es ciencia basura.
- ¿El universo dobla la luz y el tiempo para que un rayo de luz eventualmente pueda circunnavegar el universo y regresar?
- ¿Sentimos velocidad en el espacio profundo, incluso si está cerca de la velocidad de la luz? Creo que en ausencia de arrastre y referencia visual no lo sentiremos. Estoy en lo cierto?
- Si tuviera suficiente combustible, ¿puede alcanzar la velocidad de la luz en una aspiradora?
- ¿Cómo se determinó la velocidad de la luz y quién la encontró?
- ¿Podemos capturar la luz y mantenerla?
Se trata de osciladores impulsados. Lo que realmente sucede es que la onda em ingresa a un material (que como dije no absorbe la luz porque no tiene osciladores electrónicos, atómicos o moleculares que absorban esa frecuencia) y la onda electromagnética impulsa los osciladores atómicos. Por osciladores atómicos me refiero a los electrones unidos a los átomos. Debido a que los electrones tienen una masa muy baja, pueden moverse fácilmente a altas frecuencias de un lado del átomo al otro. (Lo hacen sin absorber un fotón). Sin embargo, dado que el electrón unido al átomo tiene una frecuencia de oscilación característica determinada por las fuerzas que mantienen el electrón en el átomo y la masa del electrón, el electrón está siendo conducido muy por debajo de su oscilación natural. frecuencia. Esto significa que responde en una fase ligeramente diferente de la onda de luz original que entra. La onda de luz resultante es la combinación de la onda entrante y la onda creada por los electrones conducidos de lado a lado alrededor de sus átomos. La onda combinada tiene un pequeño retraso de fase.
Un átomo en la onda de luz tendrá un pequeño efecto en la onda general. Pero a medida que agregamos más y más átomos, el efecto sobre la onda de luz resultante en el material se vuelve más pronunciado. A medida que la onda de luz se propaga a través del material, la fase se retrasa más a medida que viaja. Cuantos más átomos por centímetro cúbico, más se ralentiza toda la velocidad de fase. El índice de refracción es una medida de esta velocidad de fase. Diferentes materiales a la misma densidad tendrán diferentes cantidades de desaceleración de la velocidad de fase de la luz porque las fuerzas que mantienen los electrones en los átomos son diferentes, pero para un tipo dado de átomo, cuanto más por pulgada cúbica tendrá mayor efecto sobre la onda de luz que pasa.
Efectos resonantes. Si la frecuencia de la luz se acerca a la frecuencia natural de la combinación átomo-electrón, pueden suceder cosas extrañas. La luz puede ser absorbida y eventualmente convertirse en calor. Eso no es tan extraño, pero cerca de la frecuencia natural, la fase del oscilador impulsado puede contribuir a la onda original para avanzar la fase de la luz. Esto haría que la fase aumentara más rápido que la onda de luz original, resultando en una velocidad de fase mayor que c, y un índice menor a 1. Esto puede parecerle extraño, pero ciertamente sucede en algunos materiales.
La velocidad del grupo nunca será mayor que c en ningún material, de hecho, siempre será menor que c en un material. Por otro lado, cerca de la frecuencia natural de un oscilador en el material, la velocidad de fase podría ser mayor que c. Por lo tanto, cerca de la resonancia, la velocidad de fase y la velocidad del grupo pueden ser significativamente diferentes.
Velocidad de la luz no resonante. Lejos de la frecuencia natural del oscilador, como es el caso de la luz que se propaga en el vidrio, la velocidad de fase y la velocidad de grupo serán virtualmente idénticas y siempre menores que c , y cuanto mayor sea la densidad, menores serán las velocidades de fase y de grupo. Otra forma, cuanto mayor es el índice de refracción.
Puede medir el ángulo de refracción y el ángulo de Brewster del material. Estos le indican la velocidad de fase de la luz en el material. También puede propagar pulsos de luz a través del material y medir el retraso de tiempo en comparación con un pulso que viaja a través del vacío. Esto le dirá la velocidad del grupo en el material.
Lectura recomendada:
El origen del índice de refracción
(de las conferencias de Feynman, volumen I, capítulo 31)
Editar: en el mundo de la electrodinámica cuántica, la luz está hecha de partículas, no de ondas. Es solo que estos fotones obedecen las ecuaciones de Maxwell con el entendimiento de que las intensidades predichas son las probabilidades de encontrar un fotón.
Esto significa que en la teoría QED, los fotones SON absorbidos y reemitidos por los electrones en la sustancia. Sin embargo, cada fotón es absorbido y no absorbido simultáneamente por todos los electrones en la sustancia. En otras palabras, cada fotón toma todos los caminos posibles para ingresar y propagarse a través de la sustancia. Tenga en cuenta que no puede decir que un fotón sigue y es absorbido por un átomo y reemitido y pasa al siguiente átomo. Esa es una mala interpretación de QED. Estas son partículas cuánticas. No se comportan de manera clásica. Si puede comprender cómo un fotón se absorbe y no se absorbe simultáneamente, está en camino de comprender la luz y la mecánica cuántica.
