Теряет ли свет свою энергию при прохождении через более плотную среду?

Я знаю, что это не потому, что он выходит из более плотной среды со скоростью 300 000 км в секунду, а согласно Е "=" м с 2 и учитывая, что скорость света уменьшается внутри более плотной среды с показателем преломления больше 1, не предполагает ли это, что энергия света внутри более плотной среды меньше?

Ответы (6)

Е "=" м с 2 на самом деле не применимо к свету. Это применимо к чему-то, что имеет массу.

Энергия света определяется Е "=" час ν где ν это частота света и час постоянная Планка, имеющая значение ≈ 6.626 × 10 − 34 Дж . с

Когда свет попадает в другую среду, его частота остается той же, и, конечно, постоянная Планка тоже. Отсюда, очевидно, его энергия остается неизменной на протяжении всего упражнения.

Возможно, вы захотите добавить, что причина, по которой E = mc^2 неприменима, заключается в том, что «с» в уравнении не является значением скорости движения предмета, это константа. Это значение оказывается скоростью света в вакууме. E = mc^2 относится к объекту с массой в состоянии покоя, следовательно, не к фотонам.
Так как же тогда уменьшается скорость, если никакое свойство света не изменяется?
@srijan: скорость на самом деле не уменьшается, но свет взаимодействует с материей, и это требует времени. редактировать: хорошо объяснено в ответе Джерри Ширмера

В первом приближении свет по-прежнему движется со скоростью света внутри среды. Наблюдается кажущееся замедление, потому что, когда световой луч взаимодействует с молекулами среды, он дифрагирует, вызывая беспорядочное изменение направления. Затем это приводит к увеличению длины его хода, из-за чего скорость кажется меньше с макроскопической точки зрения.

Однако скорость распространения света не уменьшается.

Я бы также заявил, что Е "=" м с 2 не является действительной формулой для света, поскольку эта формула действительна только для стационарных объектов. Подходящей версией этого для света будет Е 2 "=" с 2 | п → | 2 , и вы могли бы ответить на поставленный выше вопрос, также обратившись к закону сохранения импульса.

Не по этой причине свет замедляется в среде. Я не знаю точно, почему это происходит, но я предполагаю, что это больше связано с групповой скоростью света в среде.
@ Оуэнс: вы наверняка согласитесь с тем, что групповая скорость света в среде является возникающим свойством оптических свойств среды, которое в конечном итоге сводится к взаимодействиям фотонов с атомами. И вы также согласитесь, что длина пути лучей увеличивается, о чем свидетельствует тот факт, что длина волны смещается в (стандартных, линейных) средах, а частота - нет.
Моих познаний в квантовой механике недостаточно, чтобы правильно ответить, как на групповую скорость света влияет электрическое поле внутри среды, но я думаю, что важно то, что важно именно взаимодействие с электрическим полем, а не взаимодействие с отдельными атомами. . Другими словами, фотоны не прыгают от атома к атому, как в игре в пинбол. Если бы это происходило, и, как вы говорите, путь фотонов меняется случайным образом, то мы бы ожидали, что свет выйдет из материала в случайных местах. Этого не бывает.
Есть и другое поведение, которое вы могли бы ожидать, если бы фотоны просто отражались внутри среды... некоторые фотоны выжили бы с небольшим взаимодействием (быстрее), а некоторые с большим взаимодействием (медленнее). Это также будет зависеть от направления падения относительно расположения атомов.
@Owens: это не в целом случайно - чистый импульс сохраняется, и поэтому есть четко определенное направление дрейфа, а взаимодействие с мусором / количество взаимодействий усредняется по молям атомов, и поэтому все просто усредняется до ожидаемого значения . Это не идеальная модель, но достойная модель для уровня этого вопроса. Тем более, что любое взаимодействие с полем среды происходит не с полем среды как таковым, а с полем, создаваемым в среде, вызванным ее поляризацией самой волной. Ведь стекло электрически нейтрально.
Я действительно не понимаю, что вы говорите. Сохранение импульса не препятствует выходу фотонов во всевозможных случайных направлениях до тех пор, пока сохраняется общий импульс системы. В любом случае объяснение, что свет замедляется, потому что он колеблется в среде, на самом деле не работает.
@Owens: функционально это то же самое, что и ваше массовое описание. Это действительно так.
Я не думаю, что это потому, что (если правильно понять, что вы говорите) ваше объяснение основано на том, что фотоны отскакивают, что приводит к рассеянию и другим вещам. Любое объяснение замедления света должно учитывать, почему все фотоны одинаково замедляются и почему нет рассеяния. Кстати, у sixtysymbols на YouTube есть интересное видео, пытающееся объяснить этот феномен: youtube.com/watch?v=CiHN0ZWE5bk .
@Owens: преломление IS рассеяние. Почти все реальные материалы также обладают дисперсией. Просто в реальных материалах все размыто О ( 10 23 ) взаимодействия, поэтому все, что мы видим, это среднее значение. Как я уже сказал, это не идеальная модель, но она объясняет преломление и объясняет, почему смещаются длины волн, а частоты нет. Вы также можете визуально увидеть увеличение длины пути за счет таких эффектов, как дифракция на тонкой пленке.
Конечно, все материалы обладают дисперсией (некоторые фотоны ДЕЙСТВИТЕЛЬНО сталкиваются с атомами и излучаются повторно), но если бы свет замедлялся из-за рассеяния внутри материала, то почти весь он рассеивался бы в случайных направлениях. Это не мелкая проблема с моделью, это большая проблема.

Коснемся и завершим ответ Джерри Ширмера: «свет» в среде — это не только «свет» в обычном, вакуумном смысле этого слова, это квантовая суперпозиция свободных фотонов и возбужденных состояний материи. Фотон, путешествуя через среду, неоднократно проходит следующий цикл: он мимолетно поглощается электронами в среде, которые переизлучают новый фотон на его место через фантастически короткое время (фемтосекунды или меньше). Этот процесс чем-то похож на флуоресценцию, за исключением того, что энергия, импульс и угловой момент полностью передаются новому фотону, в то время как при флуоресценции энергия (обусловленная стоксовым сдвигом), импульс и угловой момент (обозначаемые сдвигом направления и поляризации). ) все переносятся на носитель. Задержка, возникающая из-за поглощения/переизлучения, создает впечатление, что свет распространяется медленно, но вы можете видеть, что энергия не теряется. Небольшой вариацией на эту тему является двулучепреломляющий материал, в котором энергия и импульс полностью возвращаются переизлученному фотону, но обменивается некоторый угловой момент, и свет, таким образом, оказывает крутящий момент на двулучепреломляющую среду: см. второй и третий разделымой ответ здесь и действительно есть классический эксперимент, демонстрирующий угловой момент света Р. Бет, «Механическое обнаружение и измерение углового момента света», Phys. 50 1936 стр . 115-127 . Но энергия в принципе еще может сохраняться: на практике некоторые среды имеют затухание, но некоторые фантастически малы, например, кремний в оптическом телекоммуникационном окне между 1350 н м и 1550 н м и для целей этого аргумента аттенюации в принципе могут быть нулевыми.

Свидетельством здесь является то, что вектор Пойнтинга в среде такой же, как и его значение в свободном пространстве: С → "=" Е → ∧ ЧАС → , а плотность энергии U "=" 1 2 Д → ⋅ Е → + 1 2 Б → ⋅ ЧАС → в среде теперь выше: это просто аналогично стационарному поведению водяного бака с входной и выходной трубой: в переходном режиме расход воды может быть меньше, чем на входе, пока бак наполняется, но в установившемся режиме две ставки должны уравновешиваться. То же самое и для среды: более высокие плотности энергии представляют собой повышенные запасы энергии в веществе среды из-за частей возбужденного состояния вещества полной квантовой суперпозиции (есть также отраженные энергии на входе и выходе среды, которые необходимо учитывать в расчетах). точное описание, но суть этого абзаца не меняется).

Е "=" час ν , следовательно Е пропорциональна ν , и ν не меняется при переходе света из разреженной среды в более плотную. Значит, не влияет Е .

Греческая буква ν для ню , а не мю.

Скорость света есть функция. Когда свет проходит через невакуумную среду, его скорость уменьшается по сравнению со скоростью в вакууме. (Вот почему показатель преломления n как отношение скорости света в вакууме к скорости света в невакууме увеличивается).

Это означает, возможно, что уменьшение скорости света при прохождении света через невакуумную среду способствует потере энергии, где энергия может быть выражена как E = hc/\lambda.

CMIIW. Спасибо.

Световая волна состоит из множества фотонов, которые определяют ее амплитуду. В то время как частота света остается неизменной, количество фотонов или амплитуда волн могут измениться, если есть поглощение.

Всякое реальное вещество поглощает и рассеивает даже прозрачное. Но статистически частота одинакова.

То, как вы задали вопрос, подразумевает, что вы спрашиваете, может ли частота измениться. Если учесть рассеяние, т.е. эффект Комптона, то да, можно изменить даже частоту, и это квантовая природа света. Здесь мы рассматриваем единичные события.

Теряет ли свет свою энергию при прохождении через более плотную среду?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v