¿La luz pierde su energía cuando atraviesa un medio más denso?

Sé que no porque emerge del medio más denso a 300.000 KM por segundo, pero según mi = metro C 2 y dado que la velocidad de la luz disminuye dentro de un medio más denso con un índice de refracción mayor que 1, ¿no sugiere que la energía de la luz dentro de un medio más denso es menor?

Respuestas (6)

mi = metro C 2 no es realmente aplicable a la luz. Es aplicable a algo que tiene masa.

La energía de la luz está dada por mi = h v dónde v es la frecuencia de la luz y h es la constante de Planck, que tiene un valor de ≈ 6.626 × 10 − 34 j . s

Cuando la luz ingresa a un medio diferente, su frecuencia permanece igual y, por supuesto, también lo hace la constante de Planck. Por lo tanto, obviamente, su energía permanece igual durante todo el ejercicio.

Es posible que desee agregar que la razón por la que E = mc ^ 2 no se aplica es porque la "c" en la ecuación no es el valor de qué tan rápido viaja la cosa, es una constante. Ese valor resulta ser la velocidad de la luz en el vacío. E = mc ^ 2 se aplica a un objeto con masa en reposo, por lo tanto, no fotones.
Entonces, ¿cómo disminuye la velocidad si no se altera ninguna propiedad de la luz?
@srijan: la velocidad realmente no disminuye, pero la luz interactúa con la materia y esto lleva tiempo. editar: bien explicado en la respuesta de Jerry Schirmer

En una primera aproximación, la luz sigue viajando a la velocidad de la luz dentro del medio. Hay una desaceleración aparente porque, a medida que el rayo de luz interactúa con las moléculas del medio, se difracta, lo que hace que cambie de dirección al azar. Esto hace que aumente su longitud de viaje, lo que hace que la velocidad parezca menor, desde una perspectiva macroscópica.

Sin embargo, la velocidad del viaje de la luz no disminuye.

yo tambien diria que mi = metro C 2 no es una fórmula válida para la luz, ya que esa fórmula solo es válida para objetos estacionarios. La versión apropiada de esto para la luz sería mi 2 = C 2 | pag → | 2 , y podría responder a su pregunta anterior apelando también a la conservación del impulso.

Esta no es la razón por la que la luz se ralentiza en un medio. No sé exactamente por qué sucede, pero supongo que tiene más que ver con la velocidad de la luz del grupo en el medio.
@Owens: ciertamente estaría de acuerdo en que la velocidad de grupo de la luz en el medio es una propiedad emergente de las propiedades ópticas en el medio, que en última instancia se reduce a las interacciones de los fotones con los átomos. Y también estaría de acuerdo en que la longitud de la trayectoria de los rayos aumenta, como lo demuestra el hecho de que la longitud de onda cambia en los medios (estándar, lineales), mientras que la frecuencia no.
Mi conocimiento de la mecánica cuántica no es lo suficientemente bueno para responder correctamente cómo el campo eléctrico dentro de un medio afecta la velocidad de la luz del grupo, pero creo que lo importante es que es la interacción con el campo eléctrico y no la interacción con los átomos individuales lo que es importante. . En otras palabras, los fotones no rebotan de un átomo a otro como en un juego de pinball. Si esto sucediera, y como usted dice, la ruta de los fotones cambia al azar, entonces lo que esperaríamos es que la luz salga del material en lugares aleatorios. Esto no pasa.
Hay otro comportamiento que cabría esperar si los fotones simplemente rebotaran dentro de un medio... algunos fotones saldrían con poca interacción (más rápido) y otros con mucha interacción (más lento). Esto también dependería de la dirección de incidencia en relación con la disposición de los átomos.
@Owens: no es aleatorio en general: el impulso neto se conserva, por lo que hay una dirección de deriva bien definida, y la interacción de la basura/mucha interacción se promedia sobre moles de átomos, por lo que todo promediará el valor esperado . No es un modelo perfecto, pero es un modelo decente, para el nivel de esta pregunta. Sobre todo porque cualquier interacción con el campo del medio no es con el campo del medio per se, sino con el campo creado en el medio causado por su polarización por la onda misma. El vidrio, después de todo, es eléctricamente neutro.
Realmente no entiendo lo que estás diciendo. La conservación de la cantidad de movimiento no impide que los fotones salgan en todo tipo de direcciones aleatorias, siempre que se conserve la cantidad de movimiento total del sistema. En cualquier caso, la explicación de que la luz se ralentiza porque rebota en el medio realmente no funciona.
@Owens: funcionalmente es lo mismo que su descripción masiva. Realmente es.
No creo que sea porque (si entiende lo que está diciendo correctamente) su explicación se basa en que los fotones rebotan, lo que resultaría en dispersión y otras cosas. Cualquier explicación de la desaceleración de la luz debe tener en cuenta por qué todos los fotones se desaceleran por igual y por qué no hay dispersión. Por cierto, sixtysymbols en YouTube tiene un video interesante que intenta explicar este fenómeno: youtube.com/watch?v=CiHN0ZWE5bk
@Owens: la refracción ES dispersión. Casi todos los materiales reales también tienen dispersión. Es solo que en materiales reales, todo se lava O ( 10 23 ) interacciones, por lo que todo lo que vemos es el promedio. Como dije, no es un modelo perfecto, pero es un modelo que explica la refracción y explica por qué las longitudes de onda cambian, pero las frecuencias no. También puede ver visiblemente cómo aumentan las longitudes de los caminos a través de efectos como la difracción de película delgada.
Seguro que todos los materiales tienen dispersión (algunos fotones golpean átomos y se vuelven a emitir), pero si la luz se ralentiza debido a la dispersión dentro de un material, casi toda se dispersaría en direcciones aleatorias. Ese no es un problema menor con el modelo, es un problema importante.

Para tocar y finalizar la respuesta de Jerry Schirmer: la "luz" en un medio no es solo "luz" en el sentido ordinario y vacío de la palabra, es una superposición cuántica de fotones libres y estados de materia excitados. Un fotón que viaja a través de un medio se somete repetidamente al siguiente ciclo: es fugazmente absorbido por los electrones en el medio, que vuelven a emitir un nuevo fotón en su lugar un tiempo increíblemente corto después (femtosegundos o menos). El proceso es algo así como la fluorescencia, aparte de que la energía, el momento y el momento angular se transfieren por completo al nuevo fotón, mientras que en la fluorescencia, la energía (como indica el cambio de Stokes), el momento y el momento angular (como indica la dirección y los cambios de polarización). ) se transfieren al medio. El retraso derivado de la absorción/reemisión es lo que hace que la luz parezca propagarse lentamente, pero se puede ver que no se pierde energía. Una ligera variación de este tema es el material birrefringente, donde la energía y el momento se devuelven por completo al fotón reemitido, pero se intercambia algo de momento angular y la luz ejerce un par de torsión sobre un medio birrefringente: véanse las secciones segunda y tercera demi respuesta aquí y de hecho hay un experimento clásico que demuestra el momento angular de la luz por R. Beth, "Detección mecánica y medición del momento angular de la luz", Phys. Rev. 50 1936 págs. 115-127 . Pero, en principio, la energía aún puede conservarse: en la práctica, algunos medios tienen atenuaciones, pero algunos son increíblemente pequeños, por ejemplo, la sílice en la ventana de telecomunicaciones ópticas entre 1350 norte metro y 1550 norte metro y, a los efectos de este argumento, las atenuaciones pueden, en principio, ser nulas.

Testigo aquí es que el vector de Poynting en el medio es el mismo que su valor de espacio libre: S → = mi → ∧ H → , mientras que la densidad de energía tu = 1 2 D → ⋅ mi → + 1 2 B → ⋅ H → en el medio ahora es mayor: esto es simplemente análogo al comportamiento de estado estable de un tanque de agua con tubería de entrada y salida: transitoriamente, la tasa de salida de agua puede ser menor que en la entrada mientras el tanque se llena, pero en estado estable el dos tasas deben equilibrarse. Lo mismo ocurre con el medio: las densidades de energía más altas representan mayores reservas de energía en la materia del medio debido a las partes del estado de materia excitada de la superposición cuántica total (también hay energías reflejadas en la entrada y salida del medio que deben tenerse en cuenta en un descripción exacta, pero la esencia de este párrafo no cambia).

mi = h v , por eso mi es proporcional a v , y v no cambia cuando la luz se mueve de un medio raro a uno más denso. Por lo tanto, no afecta mi .

La letra griega es v para nu , no mu.

La velocidad de la luz es una función. Cuando la luz atraviesa un medio sin vacío, su velocidad disminuye en comparación con su velocidad en el vacío. (Es por eso que aumenta el índice de refracción, n, como una relación de la velocidad de la luz en el vacío por la velocidad de la luz en el no vacío).

Significa, quizás, que la disminución de la velocidad de la luz cuando la luz atraviesa un medio sin vacío contribuye a la pérdida de energía, donde la energía se puede expresar como E = hc/\lambda.

CMIIW. Gracias.

Una onda de luz consta de muchos fotones que le dan su amplitud. Si bien la frecuencia de la luz permanece igual, la cantidad de fotones o la amplitud de las ondas pueden cambiar si hay absorción.

Toda sustancia real absorbe y dispersa incluso lo transparente. Pero estadísticamente la frecuencia es la misma.

La forma en que hizo la pregunta implica que pregunta si la frecuencia puede cambiar. Si considera la dispersión, es decir, el efecto Compton, sí, es posible cambiar incluso la frecuencia y esta es la naturaleza cuántica de la luz. Aquí estamos considerando eventos individuales.

¿La luz pierde su energía cuando atraviesa un medio más denso?
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