Как может измениться скорость света в среде, если мы знаем, что она всегда равна ccc? [дубликат]

Джеймс и Гриффитс, Am J Phys 60 , 309-313 1992, рассматривают передачу и отражение плоской электромагнитной волны, нормально падающей на прозрачную среду. Используя пертурбативный подход, они утверждают, что падающее электрическое поле поляризует среду, колеблющиеся диполи, связанные с этой поляризацией, излучают, порождая дополнительное электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает дополнительную поляризацию… индуцированные молекулярные диполи создают единую волну, распространяющуюся с уменьшенной скоростью».

Средняя скорость меняется, потому что фотоны рассеиваются на атомах в среде, что удлиняет их путь. Однако мгновенная скорость всегда равна$c$.

Прозрачные материалы (стекло, воздух) передают изображения; если изображение искажено или нечетко, мы знаем, что материал изменяет когерентность оптической информации. То есть то, что началось в начале, не произошло одновременно. При достаточном искажении изображение полностью теряется.

Так что же требуется для того, чтобы прозрачная среда успешно передала изображение? Поскольку свет представляет собой физическую волну, прозрачная среда должна сохранять когерентность фазовой информации света. В типичном стекле фазовый фронт немного замедляется при прохождении через стекло; это замедление закодировано в показателе преломления,$n = c/v$.

Если материал поглощает некоторые частоты, он будет казаться окрашенным; поглощенный фотон (в зависимости от структуры энергетического уровня) может быть повторно излучен, но это произойдет (а) в случайное время позже и (б) в случайном направлении. Нет изображения для этого цвета! Есть исключение: вынужденное излучение, которое является ключом к созданию лазера. Но это не то, как изображения передаются в пассивном материале.

Процесс передачи изображений можно охарактеризовать как когерентное прямое рассеяние: когерентный, поскольку в противном случае снижается целостность изображения; Вперед, потому что изображение передается в этом направлении, через материал; и Рассеяние, оставшийся доступный обобщенный механизм на квантовом уровне.

Результат очень похож на модель вейвлета Гюйгена для передачи света: фотоны — это волны, которые рассеиваются когерентно, и, поскольку это когерентно, они могут интерферировать как конструктивно, так и деструктивно, чтобы поддерживать когерентность всего фазового фронта.

Волновой фронт замедляется в среде из-за когерентного рассеяния фотонов вперед; это немного замедляет волновой фронт, хотя фотоны все еще движутся со скоростью$c$

Именно интерференция замедляет фазовую скорость в материале; отдельные фотоны продолжают «двигаться» со скоростью света,$c$, но эффективное движение фазового фронта замедляется.

Ричард Фейнман уделяет этому некоторое время в своих лекциях по КЭД: странная теория света и материи.

Частично заимствовано из моего ответа на вопрос Почему все непрозрачно?