Author's photo
Anonymní autor
fyzika

Jak je to s rychlostí světla v různých prostředích?

Na komisionální zkoušce se mě učitel zeptal na tuto otázku: Proč se zdá, že se světlo šíří ve vakuu rychleji, než v jiném opticky hustším prostředí, když je rychlost světla v obou prostředích stejná?

3 odpovědí
Pokusím se problém vysvětlit jednoduše. V látce se foton pohybuje stejnou rychlostí jako ve vakuu pouze mezi částicemi (atomy, molekulami) látky. Každou částicí je ale foton pohlcen a řádově v nanosekundách opět vyzářen. Měříme-li rychlost světla v látce, naměříme průměrnou rychlost pohybu fotonu. Ta je evidentně menší než ve vakuu, kde k žádnému pohlcování a vyzařování částicemi nedochází.
Komentáře:
Václav S.
Ještě poznámka: Foton existuje jen při rychlosti světla ve vakuu. Nemůže se nikdy pohybovat pomaleji.
MILAN K.
Pan zkoušející učitel se zeptal dost neobratně, měl se zeptat, čím je způsobeno, že se užitečná informace přenese světlem pomaleji v konkrétním prostředí než ve vakuu. Odpověď, protože konkrétní hmota je tvořena částicemi a vakuuem mezi částicemi a celkově je toho vakuua méně a tím, že foton do částice narazí, tedy přestane existovat a následně s časovou prodlevou se vytvoří další foton, se čas prodlev nasčítá. A nás praktiky zajímá, jak dlouho stejná vzdálnost vakuum vs hm. prostředí trvalo
MILAN K.
překonat, což je pro nás z praktického hlediska rychlost. Takže otázka o ničem, nic se nezdá, prostě jaké je prostředí, taková je rychlost světla jako celku. Ovšemže jednotlivá energetická kvanta fotony, pokud letí, tak je to ve vakuu a pokud neletí, tak je to "něčím" způsobené čili částicemi do kterých narazí a ty nejsou vakuem a to jsou ty "prodlevy", než "z nich" letí následný foton. Výsledek ale je, prostě světlo potřebovalo více času na překonání téže vzdálenosti.
Jiří M.
Dovolím si nesouhlasit. Nějaké pohlcování a vyzařování fotonu by způsobilo, že koherentní světelný svazek koncentrovaný do úzkého prostorového úhlu, jako je tomu například u laseru, by způsobilo, že světlo vycházejícího z látkového prostředí by bylo izotropní, což evidentně nepozorujeme. Zkrátka vyzáření fotonu je náhodné ve všech směrech a tudíž nikdy nemůže vyprodukovat koncentrovaný svazek.
Jiří M.
Neříkám, že jev, který popisujete neprobíhá, jen není tak výrazný.
Světlo je elektromagnetická vlna, tudíž interaguje s jakýmkoliv elektromagneticky ne-neutrálním prostředím. Pokud tedy foton prochází třeba vodou, tak jako by za sebou vlivem EM síly "tahal" molekuly vody. Nemusí ani vyloženě dělat nějaký displacement, stačí jen, aby rotoval molekuly vody a toto zpomalí EM vlnu. Tento jev je třeba pozorovatelný při Čerenkevové záření, kdy nějaké částice (elektrony a pozitrony) prolétávají daným prostředím rychleji než světlo v tom stejném prostředí a vytvoří tak obdobu sonické vlny jen v optickém spektru. Např při zapnutí jaderného reaktoru můžete vidět, jak v okamžiku, kdy se zapne, obrovsky stoupne intenzita světla, která se potom sníží a drží konstantní hodnotu. To je podobné, jako by kolem vás proletěla stíhačka a vy jste najednou slyšel obrovský třesk (Sonic boom).
Rychlost světla nominálně právě že není v různých prostředích shodná, nevím, proč ten učitel toto praví. Prostě rychlost světla ve vakuu je 299792458.45... a je dohodnutá jako 299792458. V jiném prostředí prostě ty fotony letí pomaleji. A právě okolnost, že v různém protředí je c různá je příčinou, proč je lom světla na rozhraní, protože ten foton v nekonečně krátkém okamžiku mění rychlost. Nemá totiž, když neexistuje žádnou klidovou hmotnost a vzniká v nekonečně krátkém okamžiku v energetickém záblesku a má nekonečné zrychlení (= nepotřebuje rpzjezdovou dráhu) . Takže má dle prostředí nominálně různou rychlost. Není to o pocitech čili "zdáti se něco" .