介質中光速變慢的具體原理是什麼?

時間 2021-05-07 04:07:25

1樓:理易知新

嗯,俺也來回答一下。光束傳播是乙份乙份的,每乙份由蒲朗克時間常數確定。雖然確定了最小的時間單位,但並不意味著在這個時間單位內沒有物理引數。

每乙份光(光子、光量子)都有自己的引數,比如,光子的能量就與其光束的頻率成正比。

光經過介質的時候,光子就與介質的電子雲發生耦合。對單個電子來說,在蒲朗克時間常數內,電子同時存在於幾個不同的位置(相位),這幾個位置(相位)的能量位各不相同。光子與電子耦合的時候,若光子的能量達到了蒲朗克電子的最高能量相位,則發生完全耦合,而耦合的時間相當於光子從低能量相位循次運動到高能量相位的整個的單個蒲朗克時間。

當然,一旦發生完全耦合,電子就脫離原來軌跡,發生光電效應。相當於電子完全栓住了光子。

光子的能量如果只達到了蒲朗克電子的最高能量的一半,也就是中能量相位,那麼,只發生中等程度的耦合,而耦合的時間相當於光子從低能量相位循次運動到中能量相位,也就是半個蒲朗克時間,之後,光子無所牽絆,繼續自主運動。相當於,電子栓住了光子,只維持了半個蒲朗克時間,而後光子又無所牽絆自由了。

光子能量很低的話,相當於耦合時間更短。

由以上所述可以推出如下結論:通過同一介質的光,波長越短頻率越高,則光速變化(減小程度)越大;波長越大頻率越低(其實是一回事),介質對光速的影響越小。嗯,意味著通過同一介質的光中,紫外線要比紅外線慢。

此外,頻率的不同,影響著光線在介質中的散射程度。

2樓:list

不同物質中電子分布不同,電場強度不同,光從一種介質進入另一種介質,就是電磁波進入不同的電磁場,速度也就會改變。

想像你向一塊兒磁鐵快速發射方向隨機的小磁鐵,只有兩種情況發生:一是同性彈開,二是異性吸住。光子進入電磁場也有兩種情況,一部分原速度彈開,一部分改變速度進入,這就是光的折射和反射。

3樓:

說實話從量子電動力學角度說還真不是吸收再發射。把光子和原子看成乙個系統,系統在Jaynes-Cummings哈密頓量下演化,在非諧振條件下,吸收概率大致正比於耦合強度的平方,但是光子的相移卻基本不變,所以即便耦合弱,沒有什麼吸收再發射,平均相速度也會減小。其實這和經典解釋已經很接近了,都是光經過原子會獲得乙個額外相位,導致相速度變小,只不過經典解釋裡相移來自於入射光和原子輻射的疊加。

話說回來,隨便一束光打到隨便乙個介質裡根本就不諧振,怎麼會有很強的吸收呢?

4樓:ZZUP

從電動力學角度,當一定頻率光射入材料,電磁波(1)以一定頻率擾動材料中的電子,電子的運動又會形成同頻率的電磁波(2)與射入的電磁波疊加,不過(2)附加了乙個相位,附加的相位與材料厚度正比。然後你把(1)與(2)的疊加式寫出來就會發現光速變「慢」了,並且附帶了衰減因子

5樓:沙陀國主

各個回答裡邊都是用到了微觀的原子模型,量子電動力學等。

這個問題,其實從經典的電動力學解釋比較方便。質質裡的正電荷和負電荷組成了偶極矩,其決定了介質的極化率,導致介質有了不同的介電係數。把相應的介電係數代入到麥克斯韋方程組,或亥姆霍茲方程,可以得到該介質中的光速。

偶極矩的性質決定了光速,在方程中顯而易見。微觀的吸收,再發射模型是正確的

6樓:

不是很嚴格的解釋:介質中分子、晶格極化加上去的ε不是瞬間完成的。電磁場傳播達不到真空裡的速度。

至於折射,本科經典電磁學裡是拆成平行垂直兩種偏振分別推導的。或者可以用幾何光學推導。

工科沒有學過qed。

手機打字都是錯別字,見諒

7樓:野合菌

光是電磁波啊,會激發電子。

但是如果被激發電子達不到更高的能級,就會很快回到原來的能級,同時在相同方向產生乙個新的電磁輻射。當然,這個過程不是瞬時的,所以表現為光速變小了。

這和聲波傳遞差不多,所以有人把這種現象解釋為optical phonon,畢竟電子越多,延遲越大。

反射也是一樣的原因,也存在延遲。

具體可以用用量子電動力學求解,不過學渣我從來沒有推導過。

8樓:nzczll

實際是介質粒子先吸收光子,再放出乙個光子。每一次吸收和再放出,有乙個短暫的延遲。綜合起來,就得到光速變慢的結果。但其實不是光速變慢,只是等效於光速變慢。只是乙個等效效應。

真實的光速,還是沒有變化。所以,一離開介質,進入真空環境,光速馬上恢復,實際是介質表面的粒子放出的光子。出射的光子,和入射的光子,根本不同。

但光子有全同性的特點,所以,看起來還是同樣的光線。

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