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¿Cómo afecta la velocidad de la luz hasta después de salir de una lámina de vidrio?

Como he aprendido hoy en la escuela, mi profesor me dijo que cuando la luz entra en una lámina de vidrio se ralentiza debido al cambio en la densidad y se acelera a medida que sale de la placa de vidrio. Esto provoca un desplazamiento lateral y la luz que emerge desde el punto diferente de lo que debería en realidad han surgido a partir de.

Bueno por lo que lo que yo quería preguntar es, cuando la luz entra en el punto a sobre la placa de vidrio y emerge desde el punto C ¿por qué la velocidad de la luz? ¿De dónde obtiene la energía que se ha perdido cuando entró en la placa de vidrio?

P. S.: También, si yo hago una muy muy muy grande, placa de vidrio y hacer un haz de luz que pasan a través de él la luz nunca salen como toda la energía que se pierde en lugar de calor?

84voto

Cuando la luz se propaga en vidrio o de cualquier otro medio, no es realmente cierto, pura luz. Es lo que (usted aprenderá acerca de esto más adelante) llamamos a una superposición cuántica de emocionados asunto estados y puro de los fotones, y el segundo siempre se mueven a la velocidad de la luz $c$.

Usted puede pensar, aproximada mente la imagen, de la luz se propaga a través de un medio como algo así como un juego de Chinese Whispers. Un fotón es absorbido por uno de los dieléctrico de moléculas, de manera que, para un fantástico momento fugaz, que se ha ido. La absorción de la molécula permanece por el orden de $10^{-15}{\rm s}$ en su estado excitado, entonces emite un nuevo fotón. El nuevo fotón viaja a una corta distancia antes de ser absorbida y re-emitida de nuevo, y así el ciclo se repite. Cada ciclo es lossless: el fotón emitido tiene precisamente la misma energía, el impulso y la fase de la absorbida. A menos que el material birrefringente, el momento angular se conserva perfectamente. Para birrefringentes medios, el flujo de fotones ejerce un pequeño esfuerzo de torsión en el medio.

Libre de los fotones viajan siempre en $c$, nunca en cualquier otra velocidad. Es el hecho de que la energía pasa de un corto tiempo de cada ciclo de absorción, y por lo tanto efectivamente todavía, que hace que el proceso tiene un neto de la velocidad de menos de $c$.

Así que el fotón, dejando en el medio, no está tanto en ser acelerada, pero reemplazado.


Respuesta a un Comentario Pregunta:

Pero, ¿cómo los rayos de luz de mantener su dirección? Después de haber sido absorbida por primera átomo, ¿cómo más tarde se sabe dónde, a tiro de nuevo fotón de nuevo? Donde está esta información se conserva?

Una muy buena pregunta. Esto sucede por la conservación del momento. La interacción es tan corto que el absorbedor interactúa con nada más, por lo que el fotón emitido debe llevar el mismo impulso como el incidente. También tenga cuidado de que NO somos una absorción total en el sentido de obligar a una transición entre el obligado a los estados del átomo (que da a la fuerte espectral muescas típico de thie fenómeno), que es lo que David Richerby está hablando. Es una transición entre virtual de los estados - el tipo de cosa que permite la absorción de dos fotones, por ejemplo - y estos pueden estar casi en cualquier sitio, no en el estricto, obligado niveles de estado. Como dije, esto es una analogía aproximada: se originó con Richard Feynman y es lo mejor que puedo hacer para que un estudiante de secundaria que, probablemente, no se han abordado con superposición cuántica antes. La absorción y la libre propagación de suceder en superposición cuántica, no estrictamente en secuencia, de manera que la información no se pierde y cuando se escriba la superposición de libre fotones de los estados y emocionado asunto estados, se puede conseguir algo equivalente a Maxwells ecuaciones (en el sentido de que yo describo en mi respuesta aquí o aquí) y la fase de grupo y velocidades, naturalmente, caer fuera de estos.

De otra manera cualitativamente a decir que mi última frase es que el absorbedor de hecho puede emitir en cualquier dirección, pero debido a que la totalidad del lote se encuentra en superposición, la amplitud para que esto suceda en superposición con conexión fotones es muy pequeña, a menos que la dirección de emisión coincide con el libre fotones de dirección, debido a que las fases de las amplitudes de los dos procesos sólo interfieren constructivamente cuando están cerca en fase, es decir, la emisión es en la misma dirección que la luz entrante.

Todo esto es para ser contrastados con fluorescencia, donde la absorción dura mucho más tiempo, y tanto el impulso y la energía se transfiere al medio, de modo que existe una distribución de las direcciones de propagación y la longitud de onda se desplaza.


Otro comentario:

Hay un libro que dice la masa de los fotones aumenta cuando entra en vidrio...creo que el libro estaba muy equivocado.

Si usted tiene cuidado, el libro del comentario puede tener alguna validez. Estamos hablando de una superposición de fotones y emocionado importa de los estados, cuando la luz se propaga en la losa, y esta superposición puede de hecho ser interpretado a tener un valor distinto de cero resto de la masa, debido a que se propaga en menos de $c$. La libre fotones sí mismos siempre se propagan a $c$ y siempre tienen cero resto de la masa. Que toque en algo bastante polémico: estas ideas conducen a la resolución de Abraham-Minkowsky Controversia.

17voto

Floris Puntos 54054

La explicación clásica para complementar la Varilla excelente mecánica cuántica uno:

Si usted hace un Huygens de la construcción de la propagación de la onda (supongo que usted sabe cómo hacerlo), entonces cada punto del frente de onda es tratado como el origen de una nueva onda de la misma frecuencia y fase. Cómo que la onda se propaga depende del medio que se encuentra. Así que la Huygens ondas generadas en la salida de la cara de vidrio, que "ver" sólo espacio vacío en frente de ellos, simplemente se propagan con la velocidad que sea adecuado para ellos - al igual que las ondas en la entrada de la cara ve a un medio de mayor índice de refracción y por lo tanto más lenta propagación (y de la refracción de la no incidencia normal) así que los que están en la salida de la cara por el contrario.

En cuanto a "la pérdida de calor" - si hay mecanismos de pérdida en el interior del vidrio los fotones absorberá pero siempre hay un (muy pequeño) la probabilidad de que un fotón se hacen a través de - en la práctica que la probabilidad puede llegar a ser tan pequeño que se puede asumir que la luz no va a ser detectado, pero que no es lo mismo que decir "la luz no puede hacerlo a través de esta losa". Probabilidad vs certeza.

3voto

Guill Puntos 832

Sus dos preguntas se basan en la noción errónea de que la luz pierde energía en ir a través de una placa de vidrio. La luz tiene una velocidad de propagación de la que depende de la densidad del medio. Cuando un rayo de luz pasa de vacío (aire) en un vaso, lo único que sucede es que la onda llega retrasado (toma más tiempo para recorrer la misma distancia, debido a la mayor densidad). Dado que v = d/t, si t se hace más grande v se hace más pequeño (para el mismo d). Lo que esto significa es que la velocidad de propagación de la luz en el vidrio se pone ralentizado. Una vez que se pasa el vidrio, el retraso se ha ido así que la luz se reanuda sus anteriores velocidad de propagación en el aire.
Aunque hay una pequeña pérdida debido a algunos fotones en huelga los "núcleos" de las moléculas de cristal, la mayor pérdida se debe a la luz "expandir" (no luz coherente). Con la luz adecuada (coherente), se puede utilizar "miles" de fibras de vidrio y todavía tiene la luz sale por el otro extremo.

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