Junto a un rayo de luz (en otro medio)

Question

Es un hecho constatado que la velocidad de la luz es insuperable. Pero, ¿se puede cuestionar la validez de este hecho en otro medio?

Si paso un haz de luz en, digamos, el agua (aquí la velocidad de la luz se reduce) y viajo junto a ella, entonces mi masa dinámica no se volverá infinita y podré notar algunos efectos, ¿verdad?

¿Puede alguien explicar si esto es correcto o no? ¿Y qué experimentaré mientras viajo a velocidad intermedia (Entre c y lo mismo en un medio ópticamente más denso)?

Por favor, considere mis ideas de un boom visual (en analogía con un boom sónico). Además, ¿habrá alguna restricción física imponible que impida ese movimiento FTL en un medio que no sea el vacío (como la desintegración a escala atómica debida a colisiones de alta velocidad o la fricción que me retenga)?

Answer 1

Sí, es posible moverse en un medio más rápido que el velocidad de fase de la luz en ese medio. 1

Un ejemplo de los efectos de esto es Radiación Cherenkov El espectro electromagnético, emitido cuando una partícula cargada se desplaza más rápido que la velocidad de fase de la luz en ciertos medios. Se emite en forma aproximadamente cónica:

Imagen del usuario de Wikipedia Harp, licenciada bajo la Licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic .

Aquí, $n$ es el índice de refracción del medio (que describe el grado de "desviación" de la luz), $t$ es el tiempo, y $\beta$ es la velocidad de la partícula dividida por la velocidad de la luz. Un poco de álgebra y trigonometría sencillas pueden dar los cálculos de las distintas cantidades.

La comparación con un estampido sónico es acertada y se utiliza habitualmente.

---

1 Tenga cuidado de distinguir la velocidad de fase de velocidad del grupo ; esto podría ser el resultado de su confusión.

Answer 2

La importancia de $c$ no es la velocidad de la luz, es la velocidad máxima a la que puede propagarse una relación causa-efecto. Esto viene a significar una velocidad que es observada como la misma por todos los observadores inerciales, como explico en mi respuesta aquí . Se ha comprobado experimentalmente que la velocidad de la luz es igual a $c$ Porque la velocidad de la luz tiene este comportamiento de transformación entre marcos inerciales (siempre es la misma) y, por consideraciones básicas de simetría, sólo puede haber una velocidad de este tipo. El resultado experimental de que la luz viaja a $c$ significa, entre otras cosas, que la luz no tiene masa en reposo.

Ahora veamos la luz en un medio. No es lo mismo que la luz; es una superposición cuántica de fotones y estados excitados de la materia. Existe una cuasipartícula para esta superposición y se llama polariton (o varios otros nombres como excitón, plasmón, etc., dependiendo de la naturaleza exacta de la superposición), viaja a una velocidad inferior a $c$ , a saber $c/n$ donde $n$ es el índice de refracción del medio y, efectivamente, se puede impulsar a un marco en el que dicha perturbación está en reposo respecto a ti.

Esta partícula sí tiene masa en reposo. De hecho, ver mi respuesta aquí donde calculo que la masa en reposo de la luz - quantum de superposición del estado de la materia excitada es de aproximadamente 3,6 millonésimas de la masa de un electrón a longitudes de onda ópticas para el vidrio de ventana ( $n=1.5$ ). Es decir, unos pocos electronvoltios, o de una magnitud muy similar a la energía total del fotón óptico entrante desde un marco en reposo relativo al medio (pero no es lo mismo, ya que la energía total no es una invariante de Lorentz).

Answer 3

Es un hecho constatado que la velocidad de la luz es insuperable. Pero, ¿se puede cuestionar la validez de este hecho en otro medio?

En concreto, se dice que el señal de velocidad frontal, $c_0$ es el límite superior de cualquier valor de velocidad referido al intercambio de una señal; por definición y el significado de "frontal" referido a la primera observación de cualquier indicación de señal considerada.

Esto es válido independientemente del valor de índice de refracción, $n$ medido en la región experimental; y por lo tanto

• independientemente del valor o valores de la velocidad de la fase, $c_0\left(\frac{1}{n}\right)$ y

• independientemente del valor o valores de la velocidad del grupo, $c_0\left(\frac{1}{n} + k\frac{d}{dk}[~\frac{1}{n}~]\right)$ .