¿La luz viaja más lentamente en la atmósfera de la Tierra que en el espacio exterior?

Si solo desea la respuesta del libro de texto y no le interesa saber nada de ciencia real, la respuesta es “más lenta en la atmósfera”.

Quora no es el lugar para las respuestas de los libros de texto que cualquiera puede buscar o recitar lo que memorizó en la escuela secundaria. Es el lugar para respuestas reales a lo mejor de nuestro conocimiento.

De hecho, hay varias velocidades de la luz en un medio. ¿De cuál está hablando el libro de texto? ¿La velocidad del grupo, la velocidad del borde de ataque o la velocidad de fase? El único garantizado para ser menor o igual a c es la velocidad del borde de ataque.

El índice de refracción se basa en la velocidad de fase .

Debido a que la atmósfera contiene la ionosfera , es completamente posible tener una velocidad de fase mayor que c. Sí, el índice de refracción puede ser inferior a uno. (De hecho, puede ser imaginario o incluso negativo en algunos tipos de materiales).

Me doy cuenta de que el libro de texto solo quiere comparar la velocidad de la luz en el vacío con la velocidad del aire sindicalizado normal . Pero al simplificar demasiado y presentar ideas ingenuas sin decirles a los estudiantes que esto no siempre es cierto, los estudiantes piensan que están aprendiendo hechos y pueden intentar usar ese conocimiento para cometer errores espectaculares.

De hecho, vi a algunos ingenieros electrónicos pasar varios días tratando de descubrir por qué su equipo les decía que la onda se propagaba en su cable más rápido que la velocidad de la luz. Estaban midiendo la velocidad de fase. Pensaron que sabían un hecho porque el trabajo del curso les había perforado la cabeza, pero no era un hecho en absoluto. Sí, la velocidad de fase en un cable puede ser mayor que c.

La velocidad de la luz se mide en el vacío. También, la velocidad de la luz en el agua es muy diferente, exactamente por qué una pajita en un vaso parece extrañamente cortada y doblada. Es posible que haya oído hablar de fibra óptica. Las capas de vidrio dopado se colocan en capas para crear un núcleo interno lento donde la luz pasa aproximadamente el 60% de la velocidad de la luz en el vacío y luego aumenta gradualmente hacia el exterior. Esto se encajona en un vidrio de alta velocidad llamado revestimiento para cortar los rayos de luz dispersos del núcleo. El resultado es que la onda de luz se dobla de regreso al núcleo incluso si la fibra va a la vuelta de la esquina.

Lo mismo sucede con nuestra atmósfera. Existen varios ejemplos maravillosos como fata morganas, inversiones y el más famoso el atardecer. Cuando nuestro sol casi toca el horizonte, entonces se ha hundido debajo del horizonte. Dado que la atmósfera terrestre es más densa y, por lo tanto, más lenta cerca de la superficie, la imagen del sol que el original volaría sobre nuestra cabeza se dobla hacia nosotros, lo que nos permite ver el sol en esta maravillosa luz rojiza.

De hecho, la luz viaja más lentamente en la atmósfera terrestre que en el espacio exterior. La luz y todas las ondas EM viajan a diferentes velocidades en diferentes medios. La relación entre la velocidad en un medio y la velocidad en el espacio libre se llama permisividad relativa (o constante dieléctrica) y se puede encontrar en libros de referencia o en línea para la mayoría de los materiales. El valor para el aire es 1,00054, lo que significa que las ondas EM viajan casi a la misma velocidad en el vacío o en el aire. Por el contrario, la permisividad del vidrio es de aproximadamente 4.7, lo que significa que la luz viaja 4.7 veces más lento en el vidrio que en el espacio libre.