¿Por qué la luz viaja más despacio en un medio más denso? [duplicar]

Wikipedia dice que "en general, el índice de refracción de un vidrio aumenta con su densidad". Y el índice de refracción del vapor de agua es menor que el del hielo, e incluso menor que el del agua líquida. ¿Hay alguna explicación sencilla para eso?

La luz es más rápida en el vacío, que es el medio menos denso del universo.
El queroseno es más ligero que el agua, pero la luz viaja más rápido en él.
Además, consulte aquí youtube.com/watch?v=FAivtXJOsiI

Respuestas (2)

La imagen más simple es que la luz siempre viaja a la velocidad de la luz. Pero en un material viaja a la velocidad de la luz hasta chocar con un átomo. Luego se absorbe y se vuelve a emitir en la misma dirección, lo que lleva una pequeña cantidad de tiempo.
Cuanto más sucede esto, más lenta es la velocidad media efectiva.
Cuanto más denso es el material, más átomos hay en el camino.

Gran explicación.
La explicación es sólo aparente. En la teoría EM clásica, no existe un retraso de tiempo entre la interacción de la onda EM externa con las cargas y la emisión de la onda EM secundaria, ambas ocurren simultáneamente.
¿Por qué mecanismo se absorbe la luz? No es una transición de electrones atómicos, ya que seguramente la reemisión cambiaría la frecuencia y, por lo tanto, el color.

Este es un tema bastante sutil. Las cargas en el medio producen ondas EM expansivas esféricas secundarias cuando son golpeadas por la onda primaria (fuerzas externas). Hay un número inmenso de estas ondas secundarias. En cualquier punto del espacio, cada onda secundaria tiene un vector de onda ligeramente diferente. En un medio lo suficientemente denso, estas ondas secundarias se suman a la onda primaria de tal manera que la onda resultante tiene un comportamiento que está bien descrito por una sola onda macroscópica de la misma frecuencia y (generalmente) la misma dirección pero (para la mayoría de las frecuencias) con una longitud de onda reducida.

Una imagen común respaldada por los éxitos de la teoría de la dispersión es que la relación j ( t ) = C mi ( t − Δ t ) es válido, donde C , Δ t son algunas constantes de propiedades medias que dependen de la frecuencia de la onda, j es la densidad de corriente y mi es el campo eléctrico macroscópico total. Con esta suposición, las ecuaciones de Maxwell implican que la onda resultante en el medio tendrá una longitud de onda modificada (en los casos habituales más corta), por lo tanto, una velocidad más baja (para un cierto intervalo limitado de frecuencias, puede tener una longitud de onda más larga y una velocidad más alta).

Esta explicación no puede ser correcta. Usted afirma que "la onda resultante en el medio tendrá una longitud de onda más corta, por lo tanto, una velocidad más baja", pero esto es incorrecto. Si cambia la longitud de onda (o la frecuencia, porque frecuencia = c / longitud de onda) solo cambia la energía del fotón / onda de luz (y por lo tanto el color) pero no la velocidad, que es fija mientras permanece en el mismo tipo del medio. De hecho, como señala @arax, esta velocidad fija en realidad depende del tipo de medio y puede volverse más pequeña que c, pero no sé la explicación correcta.
@PDiracDelta, la pregunta es sobre el índice de refracción. El índice de refracción es la relación de las velocidades de fase de una onda en dos medios. Dado que la frecuencia es la misma en ambos medios (medios lineales) y dado que v = F λ , la disminución de la longitud de onda implica una disminución de la velocidad de fase v . La energía de un fotón u onda de luz no tiene nada que ver con esta explicación.
Estoy tratando de entender lo que dices, pero si no es luz, ¿de qué tipo de onda estás hablando? AFAIK, una luz y una onda EM son lo mismo. Además, para mí, su afirmación de que la frecuencia sigue siendo la misma no es trivial.
Creo que encontré una buena explicación aquí: physics.stackexchange.com/a/476/51901 (aparentemente, esta pregunta ahora se ha marcado como duplicada)
Estoy hablando de una onda EM en un medio material, que es un modelo de una onda de luz, pero la parte importante de esta explicación es la relación del campo eléctrico con la densidad de corriente, no la energía de la onda o el concepto de fotón.
@JánLalinský Pero, ¿cómo es posible que existan ondas secundarias? ¿Esto no viola la conservación de la energía?
@ado sar Esa es una buena pregunta. Sabemos que existe radiación secundaria (por experiencia) y creemos que la energía se conserva localmente (una extrapolación de la definición de energía permitida por la experiencia). A veces parece que la presencia de una onda secundaria cerca de un objeto cargado acelerado significa que hay energía EM adicional que apareció de la nada (no de la onda primaria). Pero esto es solo confusión sobre el concepto de energía EM y cómo se puede asignar a regiones o partículas.
La energía EM de @adosar se puede atribuir a una región del espacio (como se hace a menudo con las expresiones de Poynting), o a algún subconjunto (al menos dos) de partículas cargadas y alguna región del espacio (como en Tetrode/Fokker/Frenkel/Feynman- Wheeler de partículas puntuales), pero no puede, en general, asignarse a algún componente dado del campo EM que obedece a las ecuaciones de Maxwell (cuál es la onda EM secundaria). Cualquiera que sea el aspecto de la onda secundaria, la energía EM + la energía de la materia se conserva localmente.
@JánLalinský Gracias por la respuesta. Pero todavía no lo entiendo. Consideremos una onda em interactuando con una sola carga en el espacio. Lo que me molesta es que si tratamos la luz como fotones, entonces el número total de fotones que golpean la carga debe ser el mismo que sale después de interactuar con ella (conservación de energía). Pero si tratamos la luz como una onda electromagnética, cuando el campo (eléctrico) oscila cuando se encuentra con la carga, esta última comienza a oscilar y emite radiación. Pero, ¿continúa la onda em inicial propagándose como una onda en un lago (por ejemplo, cuando se encuentra con una pelota en la superficie del lago)?
En la teoría EM clásica, el campo EM obedece a ecuaciones lineales, por lo que el campo neto es solo la suma del campo primario y secundario. El campo primario no cambia con el campo secundario, ambos contribuyen al campo EM total. Si el campo primario es una onda plana, entonces continúa su camino, sin ser perturbado por la carga o su campo. Lo único que cambia la carga es que produjo un componente de campo adicional.
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