Почему свет распространяется медленнее в более плотной среде? [дубликат]

Википедия говорит, что «в целом показатель преломления стекла увеличивается с его плотностью». А показатель преломления водяного пара меньше, чем у льда, и даже меньше, чем у жидкой воды. Есть ли этому какое-то простое объяснение?

Свет быстрей всего в Вакууме, который является наименее плотной средой во Вселенной.
Возможные дубликаты: physics.stackexchange.com/q/466/2451 , physics.stackexchange.com/q/11820/2451 и ссылки в них.
Керосин легче воды, но свет в нем распространяется быстрее.
Также смотрите здесь youtube.com/watch?v=FAivtXJOsiI

Ответы (2)

Простейшая картина состоит в том, что свет всегда движется со скоростью света. Но в материале он движется со скоростью света, пока не столкнется с атомом. Затем он поглощается и повторно излучается в том же направлении, что занимает небольшое количество времени.
Чем чаще это происходит, тем медленнее эффективная средняя скорость.
Чем плотнее материал, тем больше атомов на пути.

Отличное объяснение.
Объяснение только кажущееся. В классической ЭМ теории нет временной задержки между взаимодействием внешней ЭМ волны с зарядами и излучением вторичной ЭМ волны, оба происходят одновременно.
По какому механизму поглощается свет? Не атомный переход электрона, поскольку переизлучение наверняка изменит частоту и, следовательно, цвет.

Это достаточно тонкий вопрос. Заряды в среде создают вторичные сферические расширяющиеся электромагнитные волны при столкновении с первичной волной (внешние силы). Существует огромное количество этих вторичных волн. В любой точке пространства каждая вторичная волна имеет слегка отличающийся волновой вектор. В достаточно плотной среде эти вторичные волны добавляются к первичной волне таким образом, что результирующая волна имеет поведение, которое хорошо описывается одной макроскопической волной той же частоты и (обычно) того же направления, но (для большинства частот) с уменьшенная длина волны.

Общая картина, подкрепленная успехами теории дисперсии, состоит в том, что соотношение Дж ( т ) "=" с Е ( т − Δ т ) действительно, где с , Δ т некоторые константы свойств среды, зависящие от частоты волны, Дж плотность тока и Е полное макроскопическое электрическое поле. При таком допущении уравнения Максвелла подразумевают, что результирующая волна в среде будет иметь измененную (обычно более короткую) длину волны, следовательно, меньшую скорость (для некоторого ограниченного интервала частот она может иметь большую длину волны и более высокую скорость).

Это объяснение не может быть правильным. Вы утверждаете, что «результирующая волна в среде будет иметь более короткую длину волны, следовательно, более низкую скорость», но это неверно. Если вы измените длину волны (или частоту, потому что частота = с/длина волны), вы измените только энергию фотона/световой волны (и, следовательно, цвет), но не скорость, которая фиксирована до тех пор, пока остается в одном и том же типе. среды. Действительно, хотя, как отмечает @arax, эта фиксированная скорость на самом деле зависит от типа среды и может стать меньше, чем c, но я не знаю правильного объяснения.
@PDiracDelta, вопрос о показателе преломления. Показатель преломления – это отношение фазовых скоростей волны в двух средах. Поскольку частота одинакова в обеих средах (линейных средах) и поскольку в "=" ф λ , уменьшение длины волны означает уменьшение фазовой скорости в . Энергия фотона или световой волны не имеет ничего общего с этим объяснением.
Я пытаюсь понять о чем вы, но если не о свете, то о какой волне вы говорите? AFAIK свет и электромагнитная волна - это одно и то же. Кроме того, ваше утверждение о том, что частота остается прежней, для меня нетривиально.
Я думаю, что нашел здесь хорошее объяснение: physics.stackexchange.com/a/476/51901 (теперь этот вопрос, по-видимому, помечен как дубликат)
Я говорю об электромагнитной волне в материальной среде, которая является моделью световой волны, но важной частью в этом объяснении является отношение электрического поля к плотности тока, а не энергия волны или концепция фотона.
@ JánLalinský Но как возможно существование вторичных волн? Не нарушает ли это закон сохранения энергии?
@ado sar Хороший вопрос. Мы знаем, что вторичное излучение существует (из опыта), и мы считаем, что энергия локально сохраняется (экстраполяция определения энергии, допускаемая опытом). Иногда кажется, что наличие вторичной волны вблизи ускоряющегося заряженного объекта означает наличие какой-то дополнительной ЭМ энергии, возникшей из ниоткуда (не от первичной волны). Но это просто путаница в концепции электромагнитной энергии и в том, как ее можно отнести к областям или частицам.
ЭМ энергию @adosar можно отнести либо к области пространства (как это часто делается с выражениями Пойнтинга), либо к некоторому подмножеству (по крайней мере, двум) заряженных частиц и некоторой области пространства (как в Тетроде/Фоккере/Френкеле/Фейнман- Уилера о точечных частицах), но его, вообще говоря, нельзя отнести к какой-то заданной компоненте ЭМ поля, подчиняющейся уравнениям Максвелла (какой вторичной ЭМ волне является). Как бы ни выглядела вторичная волна, ЭМ энергия + энергия материи сохраняется локально.
@JánLalinský Спасибо за ответ. Но я все еще не понимаю. Рассмотрим электромагнитную волну, взаимодействующую с одиночным зарядом в пространстве. Что меня беспокоит, так это то, что если мы относимся к свету как к фотонам, то общее количество фотонов, попадающих в заряд, должно быть таким же, как и после взаимодействия с ним (сохранение энергии). Но если мы рассматриваем свет как электромагнитную волну, то, когда (электрическое) поле колеблется, когда оно встречает заряд, последний начинает колебаться, поэтому он испускает излучение. Но продолжает ли первоначальная электромагнитная волна распространяться, как волна в озере (например, когда она встречается с мячом на поверхности озера)?
В классической электромагнитной теории электромагнитное поле подчиняется линейным уравнениям, поэтому результирующее поле представляет собой просто сумму первичного и вторичного полей. Первичное поле не изменяется вторичным полем, они оба вносят свой вклад в общее электромагнитное поле. Если первичное поле представляет собой плоскую волну, то оно продолжает свой путь, не возмущаясь ни зарядом, ни его полем. Единственное, что меняет заряд, так это создаваемая дополнительная составляющая поля.
Почему свет распространяется медленнее в более плотной среде? [дубликат]
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v