¿Existe algún material en el que la velocidad de la luz sea igual a la velocidad del sonido?

Si. Más específicamente, la velocidad grupal de las ondas electromagnéticas se puede reducir para que sea más pequeña que la velocidad grupal de las ondas acústicas, hasta el punto en que la luz puede congelarse momentáneamente en el tiempo.


La velocidad del grupo de ondas electromagnéticas viene dada por

[matemáticas] v_ {g} = \ frac {\ partial \ omega (k)} {\ partial k} [/ matemáticas]

donde [math] \ omega [/ math] es la frecuencia, [math] k [/ math] es el número de onda y la función [math] \ omega (k) [/ math] es la relación de dispersión. Entonces, para reducir la velocidad de la luz, necesitamos que la relación de dispersión sea lo más plana posible.

Para un material isotrópico con un índice de refracción dependiente de la frecuencia, el número de onda [matemática] k (\ omega) = n (\ omega) k_0 = n (\ omega / c) [/ matemática] también depende de la frecuencia, por lo que tener*

[matemáticas] v_ {g} = \ left (\ frac {\ partial k (\ omega)} {\ partial \ omega} \ right) ^ {- 1} [/ math]

La evaluación de la derivada da

[matemáticas] v_ {g} = \ left (\ frac {\ partial} {\ partial \ omega} n (\ omega) \ frac {\ omega} {c} \ right) ^ {- 1} = \ left (\ frac {\ omega} {c} \ frac {\ partial n} {\ partial \ omega} + \ frac {n} {c} \ right) ^ {- 1} [/ math]

[matemáticas] v_ {g} = \ frac {c} {\ omega \ frac {\ partial n} {\ partial \ omega} + n} [/ matemáticas]

Para materiales no dispersivos, la derivada es cero, y la ecuación se reduce a la fórmula habitual para la velocidad del grupo [matemática] v_ {g} = c / n [/ matemática]. Para materiales altamente dispersivos, el término derivado es dominante, y la fórmula para la velocidad del grupo se convierte en [matemática] v_ {g} \ aprox c / \ omega \ frac {\ partial n} {\ partial \ omega} [/ matemática]. Entonces, para que la luz se propague lentamente, el índice de refracción debe ser muy dispersivo.

Se puede lograr una fuerte dispersión mediante la ingeniería de resonancias atómicas, a través de la interferencia de amplitudes de transición cuántica como en la transparencia inducida electromagnéticamente. O modificando el índice de refracción efectivo, con cristales fotónicos u otras nanoestructuras.

En el caso de la transparencia inducida electromagnéticamente, la interferencia entre las transiciones de electrones en un sistema de tres estados conduce a una reducción estrecha en la absorción [matemática] \ kappa [/ matemática] (línea gris en la figura a continuación), que es la parte imaginaria del índice de refracción complejo [matemáticas] n = n ‘+ i \ kappa [/ matemáticas] Por las relaciones Kramers-Kronig, esto se traduce en una parte real que cambia rápidamente del índice de refracción (línea azul en la figura a continuación) dentro de un estrecho región. Para la frecuencia central, para la cual la absorción es cero y la pendiente es más alta, los fotones viajarán a velocidades muy lentas.

Al jugar trucos más sofisticados, con Condensados ​​de Bose-Einstein, por ejemplo, la velocidad del grupo se puede reducir aún más, hasta el punto en que el movimiento de los fotones se puede detener por completo, como se explica en el siguiente video.

* Estrictamente hablando, hay un ligero movimiento de la mano en esta derivación. La relación de dispersión en general, depende de la frecuencia, dirección y longitud de onda. Especialmente para estructuras artificiales como cristales fotónicos.

La respuesta a la pregunta depende de dos factores: 1. Si reduce la velocidad de la luz a una velocidad comparable a la velocidad del sonido en el aire, o 2. Si desea que la velocidad del sonido aumente, en un medio denso, de modo que comparable a la velocidad de la luz, como se hace la pregunta. Así,

ESTRELLAS DE NEUTRON

Tales estrellas, siendo inmensamente densas, en las que los neutrones están unidos por la fuerza nuclear fuerte sobre la fuerte gravedad que los “presiona”, uno pensaría que deben tener un módulo Young extremadamente grande, y la velocidad del sonido podría estar activada. a la par con la velocidad de la luz en el vacío.

Si dejamos que cs sea la velocidad del sonido, y también asumimos que la estrella de neutrones es isotrópica, entonces, usando la ecuación conocida para la velocidad de las ondas acústicas en sólidos, podemos escribir la siguiente ecuación para la corteza de la estrella de neutrones

Velocidad del sonido = [matemática] \ sqrt {\ frac {E} {\ rho}} [/ matemática]

Para una estrella de neutrones de densidad ρ = [matemáticas] 5.9 × {10} ^ {17} Kg {m} ^ {- 3} [/ matemáticas] y el módulo de Young de aproximadamente E = [matemáticas] 5.3 × {10} ^ { 30} [/ math] Pa obtenemos un valor para la velocidad del sonido = [math] 3.0 × {10} ^ {8} m {s} ^ {- 1} [/ math]!

Vea el brillo azulado alrededor de la estrella de neutrones. Esto no es otra cosa que Radiación de Cherenkov, que se observa cuando cualquier partícula en un medio tiene una velocidad comparable a la velocidad de la luz.

BAJANDO LA LUZ ABAJO

La luz es una onda electromagnética. La velocidad de las ondas electromagnéticas en un medio viene dada por la ecuación de Maxwell

[matemáticas] \ frac {1} {\ sqrt {\ mu o \ epsilon o}} [/ matemáticas]

Por lo tanto, la velocidad del grupo de ondas electromagnéticas se puede reducir para que sea más pequeña que la velocidad del grupo de ondas acústicas. Por lo tanto, al modificar el índice de refracción del medio, podemos variar la velocidad de la luz en él, e incluso podemos reducir su velocidad.

Al jugar trucos más sofisticados, con los condensados ​​de Bose-Einstein, por ejemplo, la velocidad del grupo puede reducirse aún más, hasta el punto en que realmente se puede observar el movimiento de los fotones.

Verá, permitir que la velocidad del sonido y la luz sea comparable no es una violación de la Teoría de la Relatividad, porque no sugiere que nada pueda viajar más rápido que la luz, pero impone un límite teórico a la velocidad máxima que puede tener una partícula , y finalmente resulta ser [matemática] 3x {10} ^ {8} m / s, [/ matemática] que es la velocidad de la luz, o cualquier onda electromagnética en el vacío.

Gracias 🙂

¿Qué es una onda de sonido?

El sonido es el movimiento de las ondas de presión en un material.
Esa presión es en realidad la fuerza de los campos eléctricos de los electrones en los átomos.
Un cambio en el campo eléctrico ocurre a la velocidad de la luz.
Luego, los átomos en el material se “aplastan” y empujan el siguiente conjunto de átomos, que es más lento que la velocidad de la luz, debido a la masa.

Entonces, en última instancia, la velocidad del sonido en un material está limitada por la velocidad de la luz en ese material.

Entonces, creo que la respuesta es no, ya que parte del movimiento implica mover un objeto con masa.

En realidad, una pregunta interesante cuando profundizas …

No.

La velocidad de la luz es un valor, 299,792,458 m / seg.

La velocidad con la que un medio transmite el impulso de la luz puede ser más lenta que eso, ya que las cargas con masa son responsables de transmitir ese impulso.

NO, la “velocidad de la luz NO disminuye de acuerdo con la densidad óptica del medio”. Puedo empujar rayos gamma, rayos X, UV de onda corta y ondas de radio a cierta distancia a través de cualquiera de esos medios, y todos viajan en c a través de esos medios. El fenómeno con el que estás luchando son los bailes de electrones, no la luz.

Según los resultados científicos publicados y revisados, la velocidad del sonido en realidad puede exceder la velocidad de la luz en “un medio dispersivo”. Los cuantos de sonido (o vibraciones) se llaman ‘fonones’ y no tienen masa.

El sonido rompe la barrera de la luz.

Entonces, la velocidad de la luz NO tiene que reducirse para que ocurra este fenómeno. Se trata más del hecho de que los fonones no tienen masa y, por lo tanto, posiblemente pueden exceder la velocidad de la luz.

El profesor Hau de la Universidad de Harvard ha podido
reducir la luz a unas pocas millas por hora pasándola
Hidrógeno congelado.
La luz y el sonido son dos cosas completamente diferentes.
El sonido se produce cuando se forman ondas en la atmósfera. La distancia entre las moléculas de gas que componen el aire, en su mayoría oxígeno y nitrógeno, cambia en los patrones de onda a medida que se aplica la presión del sonido.

La luz, por otro lado, es una partícula llamada fotón que puede viajar a través del vacío. Los fotones son increíblemente pequeños y tienen una pequeña masa.
Toda la materia está hecha de fotones porque las dos partículas que forman el centro de los átomos, los protones y los neutrones, están hechas completamente de fotones.
Si calienta un átomo, arrojará cualquier fotón adicional.
Esto es lo que ocurre en una luz incandescente cuando calentamos el filamento al pasar una corriente eléctrica a través de él.
Toda la luz, incluida la luz de las estrellas, eventualmente se ralentiza y vuelve a la materia de acuerdo con esta fórmula E = mc ^ 2 que puede usar como ayuda en sus experimentos de velocidad de luz / agujero negro.

Los científicos han reducido la velocidad de la luz a la velocidad de una bicicleta.

Ciclismo más rápido que la luz

Pero no, la densidad no es un requisito.

Podría ser, y no hay necesidad de materia infinitamente dence, pero una vez que una partícula se acerca a la velocidad de la luz en ese medio en particular, comienza a irradiar, esto es lo que se llama radiación de Cherinkov, luego cualquier onda de sonido en esa materia, también lo hará brillar, porque su velocidad está cerca de la velocidad de la luz en ese medio.

Eso depende del portador de las ondas de luz o sonido. No cambian

Un agujero negro atraería todo el aire antes y después de esa luz también …

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