¡Buena pregunta!
Uno podría esperar que la velocidad de la luz que pasa a través de un medio de índice de refracción negativo sea negativa. Después de todo, el índice de refracción se define como una relación de velocidades, ¿verdad? Bueno, no tan rápido …
En primer lugar, la velocidad es la magnitud de la velocidad y, como tal, no puede ser negativa.
- Si el fotón no tiene masa, ¿qué le impide acelerar más allá de la velocidad de la luz?
- Si giro una bola de acero a la velocidad de la luz, ¿ganará masa?
- Física: con una luz lo suficientemente brillante, ¿puede brillar a través de cualquier material?
- A medida que la luz viaja 1 km, ¿cuánto disminuye la frecuencia debido a la expansión del universo, y esto es medible hoy?
- ¿La velocidad de la luz es constante en diferentes lugares?
Segundo, la refracción solo puede entenderse cuando se considera la naturaleza ondulatoria de la luz.
Si bien la velocidad es un concepto simple para las partículas, se vuelve más complicado para las ondas. Una onda similar a partículas bien localizada se llama paquete de ondas. Hablar de su velocidad como si fuera una partícula nos da el concepto de velocidad de grupo. Sin embargo, las ondas tienen otras propiedades similares a la velocidad, como la velocidad de fase. En pocas palabras, el patrón de la onda cambia con la velocidad de fase.
Aquí hay un buen diagrama de Wikipedia:
punto verde: velocidad de grupo, punto azul: velocidad de fase
Ahora volvamos a la pregunta: el índice de refracción se define realmente en términos de la velocidad de fase. Un índice de refracción negativo significa que la velocidad de fase de la luz que ingresa al medio se invertirá, y su dirección será opuesta a la dirección de su velocidad de grupo.
Aquí hay una simulación de un paquete de onda que sufre una refracción negativa:
Observe cómo, después de cruzar el límite, el patrón del paquete de onda se mueve en la dirección opuesta al paquete mismo.
