Primero me gustaría establecer la escena a través de una analogía, luego con una descripción amplia de lo que sucede dentro del cristal.
Mi analogía es el agua que fluye a través de una tubería que tiene una sección ensanchada. El agua no fluye tan rápido en la sección más ancha, pero tiene que acelerarse cuando la tubería se estrecha nuevamente. ¿De dónde viene la energía para impulsar la aceleración? Bernoulli postuló un modelo que conservaba completamente el potencial + energía cinética; se basó en aumentos de presión a medida que se reduce la velocidad del agua, y reducciones nuevamente a medida que el agua se acelera. De manera crucial, Bernoulli diseñó una demostración simple del efecto. El propósito de citar este efecto es mostrar un ejemplo mecánico de un efecto similar que es relativamente sencillo de seguir.
Aunque el efecto es similar en muchos aspectos, el detalle de la luz que pasa a través del vidrio es bastante diferente: la luz interactúa (principalmente) con los electrones vibrantes en los átomos del vidrio. A medida que la luz entra en una región del vidrio que se modifica, modifica la vibración de los electones, creando una onda en el vidrio que se conoce como polarones, y la combinación genera ondas de sonido de alta frecuencia (fonones) en el vidrio. Cuando el rayo abandona cualquier región, la vibración vuelve (casi) a la normalidad. Los electrones que vibran crean un campo de luz que va a la zaga de las vibraciones del haz entrante, por lo que el efecto es que el haz en su conjunto viaja más lentamente dentro del vidrio. Brouillon modeló este efecto y demostró que la modificación de las vibraciones de los electrones no era inmediata: el borde frontal de un pulso de luz puede continuar a través del vidrio a la velocidad de la luz en el vacío, esta luz más rápida se conoce como un “precursor “. La teoría también predijo pérdidas en las interfaces debido a una interacción incompleta con el haz, y que algunas interacciones fonónicas aumentarían con la intensidad óptica, lo que daría como resultado un aumento desproporcionado en la generación de luz a diferentes longitudes de onda (dispersión de Brouillon). Estos efectos suelen ser sutiles, pero todos se han observado.
Un aparte: la dispersión de Brouillon resulta ser una forma sensible de investigar las propiedades electrónicas de los aislantes.
Por cierto, he olvidado la mayor parte de lo poco que una vez entendí sobre los detalles, así que considero que esta es un área difícil; otros son libres de estar en desacuerdo.
- Si un rinoceronte cubierto de esponjas cayera del espacio exterior a una velocidad cercana a la de la luz, ¿causaría más daño a la tierra o al océano al impactar?
- ¿Por qué colapsan nuestras leyes físicas si es posible viajar más rápido que la luz?
- De las ecuaciones de Maxwell, toda la luz tiene la misma velocidad. ¿Por qué, entonces, la luz azul y la luz roja tienen velocidades diferentes en un medio como el vidrio?
- Cuando un rayo de luz viaja del aire al vidrio, ¿cómo cambia su velocidad, longitud de onda y frecuencia?
- A diferencia del sonido, ¿la luz continúa para siempre?