¿Cómo vuelve a acelerar la luz después de disminuir la velocidad? [duplicar]

Cuando la luz viaja a través de un medio físico, los fotones en realidad no disminuyen la velocidad. Todavía viajan a la velocidad de la luz. Lo que hace que parezca que se ralentiza son las interacciones entre los fotones y el medio físico.

Por ejemplo, los electrones en los átomos pueden absorber fotones y pasar a un estado de mayor energía y luego volver a emitir los fotones cuando regresan a su estado de energía normal.

El tiempo que transcurre entre la absorción y la emisión de los fotones determina qué tan rápido se mueve la luz a través de un medio.

Pero, si los fotones se absorben y se vuelven a emitir, ¿por qué (los fotones) tienen que volver a emitirse en la misma dirección? ¿Por qué no cualquier dirección?

Si los fotones realmente fueran completamente absorbidos por los átomos, eso es lo que cabría esperar. También se esperaría que algunos fotones chocaran con más átomos y otros con menos y, por lo tanto, a veces tardarían mucho en atravesar el medio y, a veces, en muy poco tiempo. Sin embargo, eso no es lo que realmente mide, los fotones siempre tardan la misma cantidad de tiempo en viajar a través del medio. Los fotones en realidad no se absorben por completo, se puede pensar que se "absorben virtualmente". Siguen todos los caminos posibles e interactúan con todos los átomos. Los caminos que no se cancelan corresponden a los caminos más probables por los que viajará el fotón. Si sumas matemáticamente todas estas ondas que viajan a la velocidad de la luz, obtienes una onda que viaja más lentamente.

Cuando la luz atraviesa un medio transparente, la velocidad disminuye por debajo de c, dando un índice de refracción :

Los fotones siempre viajan con velocidad c. La luz emerge de una confluencia de un gran número de fotones, en una superposición mecánica cuántica de sus funciones de onda.

El enigma se resuelve porque los fotones pueden dispersarse elásticamente con los átomos y la propia red y, dentro del pulso que construyen como luz, recorren caminos más largos que el rayo de luz óptico definido clásicamente, que tiene una velocidad reducida.

Estas dispersiones de fotones individuales son virtuales en el sentido de los diagramas de Feynman, siendo los fotones reales los que son detectados por el ojo o por un detector. Son elásticos porque el color no cambia en el vidrio transparente (hagámoslo simple)

La dispersión elástica significa que las fases se retienen y, por lo tanto, se pueden transmitir imágenes.

Si la dispersión es inelástica, las desexcitaciones del átomo o red excitados perderán la relación de fase de los fotones y, por lo tanto, las imágenes no se transmitirán.

Una forma mecánica cuántica de verlo es que el sistema "fotón + red" es análogo al sistema "fotón + doble rendija": los fotones individuales recorren un camino más largo, medido desde el centro entre las rendijas hasta el punto en el detector . En los medios transparentes existe una solución mecánica cuántica que mantiene las fases entre los fotones individuales que forman la luz emergente.

Debe recordar que los fotones no tienen masa en reposo, por lo que es posible un cambio (esencialmente) instantáneo en la velocidad. Sin embargo, hay efectos de borde de campo cercano en los límites que probablemente deberían tenerse en cuenta, por lo que no es tan simple como eso.