Había leído que la luz se ralentiza en el vidrio porque los fotones interactúan con los átomos en el vidrio. Son absorbidos y reemitidos y durante este fenómeno su velocidad disminuye. Consulte también esta y esta publicación de Phys.SE y los enlaces que contiene.
Pero entonces, ¿por qué se dobla? me ha confundido mucho! Además tengo muy poco conocimiento de Óptica o Física en general.
Una buena pregunta, y que me confundió durante mucho tiempo.
En ausencia de materia, la onda de luz no tiene masa. Sin embargo, en presencia de materia polarizable, la luz interactúa con la materia y forma un sistema compuesto. Ahora tiene una sola función de onda que describe el sistema combinado y ya no puede separarla en un bit de luz y un bit de materia . Este sistema compuesto se propaga con una velocidad de menos de .
El sistema compuesto de luz y materia se denomina polaritón , aunque creo que, estrictamente hablando, el término polaritón se reserva para sistemas que interactúan fuertemente, como los condensados de Bose-Einstein, donde la velocidad de la luz puede reducirse a unos pocos metros por segundo.
"Principio de mínima acción" de Fermat
Para comprender la razón por la que sucede esto, debe pensar en términos del principio de acción mínima de Fermat . La razón por la que la luz se refracta es porque "optimiza" su camino. En otras palabras, la luz toma el camino del tiempo mínimo. Este es el principio establecido por Fermat, y si haces el análisis matemático, que no es difícil, puedes derivar la ley de Snell. En la mecánica cuántica esto se explica por los infinitos caminos que toma la luz y la forma en que los fasores se suman para dar el camino más probable.
Cuando la luz cae verticalmente sobre la interfaz de dos medios, el camino directo es el camino más corto desde el punto de vista del tiempo. Así que no hay necesidad de que la luz desvíe su dirección. Por supuesto, algo de eso se reflejará de nuevo. Por ejemplo, si es aire-vidrio, creo que se reflejará un 4% y el resto se transmitirá.
En cuanto a la pregunta "por qué la luz se vuelve más lenta", se ha discutido en otra parte de este foro.
Un buen libro de motivación para empezar a entender esto es "QED" de Feynman
https://www.amazon.com/QED-Strange-Princeton-Science-Library/dp/0691164096/
Hay modelos de luz que se han utilizado. Considere el modelo de partículas. En este caso, tienes una pelota rodando. Golpea la parte superior de una rampa y rueda hacia abajo. Y encuentras la relación de velocidades en la parte superior e inferior. Y te divierte mucho descubrir que obedece la ley de Snell. Pero el problema es que parece que la luz va más rápido en el lado donde el índice de refracción es más alto. Mmm...
Luego puedes usar tanques ondulados en tu laboratorio de física. Y mides la velocidad a la que se mueven las ondas en función de la profundidad.
https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=2223
El agua más profunda tiene olas más rápidas. Y haces el laboratorio para obtener la velocidad a diferentes profundidades en tu tanque de ondas.
Luego construyes un modelo de una superficie de refracción. Es solo una pequeña plataforma para que puedas tener dos profundidades en el tanque al mismo tiempo.
Luego introduces ondas que golpean el borde de la plataforma en ángulo. Y mides su ángulo en el otro lado. Y te divierte que obedezca la ley de Snell. Pero ahora las ondas se mueven más lentamente en el lado que indica un mayor índice de refracción. Y piensas, ¡Ajá! La luz son ondas.
Entonces tu profesor te da la tarea asesina. Explique por qué las ondas cambian de ángulo cuando se mueven de una región de mayor velocidad a una de menor velocidad.
http://www.physicsclassroom.com/class/refrn/Lesson-1/The-Cause-of-Refraction
Y estás mirando la fila de personas que marchan y piensas, ¿no es eso una teoría de partículas otra vez? Pero en el caso del agua, la respuesta es "más o menos".
Las ondas de agua son el movimiento de las partículas de agua. Cada partícula se mueve en un movimiento circular hacia arriba y hacia abajo y hacia adelante y hacia atrás y termina no muy lejos de donde comenzó. Cada partícula simplemente hace lo que hace y transmite algún impulso a sus vecinas. Cuando llegas al borde, el empujón debe transmitirse a los vecinos que intentan moverse de manera diferente sobre la plataforma. Entonces obtienes una diferencia en la fuerza neta transmitida. Si midieras la plataforma, encontrarías una red empujándola.
La luz está haciendo algo así, pero son fotones en lugar de ondas en el agua. Aquí necesitarás leer algo más, como el libro de Feynman.
usuario4552
mikew