Junto a un rayo de luz (en otro medio)

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

Un ejemplo de los efectos de esto es la radiación Cherenkov , emitida cuando una partícula cargada se mueve más rápido que la velocidad de fase de la luz en ciertos medios. Se emite en una forma aproximadamente cónica:

^{Imagen del usuario de Wikipedia Harp, bajo la licencia Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic .}

Aquí,$n$es el índice de refracción del medio (que describe cuánta luz se "dobla"),$t$es tiempo, y$\beta$es la velocidad de la partícula dividida por la velocidad de la luz. Un poco de álgebra y trigonometría simples pueden dar los cálculos para las diversas cantidades.

La comparación con un estampido sónico es adecuada y se usa comúnmente.

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

La importancia de$c$no es la velocidad de la luz, es la máxima velocidad a la que se puede propagar una relación causa efecto. Esto viene a significar una velocidad que todos los observadores inerciales observan que es la misma, como explico en mi respuesta aquí . Se encuentra 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 los mismos) y, por consideraciones básicas de simetría, solo 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 echemos un vistazo a la luz en un medio. Esto no es lo mismo que la luz; es una superposición cuántica de fotones y estados de materia excitados. Hay una cuasipartícula para esta superposición y se llama polaritón (o varios otros nombres como excitón, plasmón, etc., dependiendo de la naturaleza exacta de la superposición), viaja a una velocidad menor que$c$, a saber$c/n$dónde$n$es el índice de refracción del medio y, de hecho, puede aumentar a un marco en el que dicha perturbación está en reposo en relación con usted.

Esta partícula tiene masa en reposo. De hecho, vea mi respuesta aquí , donde calculo que la masa restante de la luz - el cuanto de superposición del estado de la materia excitada es aproximadamente 3,6 millonésimas de la masa de un electrón en longitudes de onda ópticas para el vidrio de una 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 en relación con el medio (pero no es lo mismo, ya que la energía total no es un invariante de Lorentz).

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

Específicamente, se dice que la velocidad del frente de la señal,$c_0$, es el límite superior de cualquier valor de velocidad referente al intercambio de una señal; por definición y el significado de "frente" se refiere a la primera observación de cualquier indicación de señal bajo consideración.

Esto se mantiene independientemente del valor del índice de refracción,$n$, medida en la región experimental; y por lo tanto

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

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