¿Qué hace que la luz se refracte?

La razón por la que la luz viaja más lentamente en un dieléctrico es porque interactúa con los electrones en ese dieléctrico.

La luz tiene un campo eléctrico oscilante, y si alguna partícula cargada se encuentra en el camino de la luz, esa partícula sentirá una fuerza oscilante debido al campo eléctrico oscilante de la luz. El resultado es que la función de onda de la luz se mezcla con la función de onda de la partícula cargada.

En un dieléctrico, la luz interactúa principalmente con los electrones porque (a) son más livianos y móviles que los núcleos y (b) generalmente hay muchos más. Así que estamos tratando con la interacción de la luz con los electrones. El resultado de la interacción es que la luz ya no es solo luz. Es un estado entrelazado de luz más electrones. Este estado entrelazado ya no tiene masa cero, por lo que viaja a menos de la velocidad de la luz.

Cuanto más interactúa la luz, mayor es la masa efectiva y, en los casos en que la interacción es muy fuerte, la luz puede detenerse por completo. Esto se puede ver cuando la luz interactúa con los condensados ​​de Bose-Einstein y, de hecho, apareció en los titulares hace unos años cuando los experimentadores lograron detener la luz por completo.

Cuando la interacción es fuerte, la luz más los electrones forman nuevas cuasipartículas llamadas polaritones , aunque para sistemas que interactúan débilmente como la luz en el vidrio, la descripción de las cuasipartículas no es muy útil.

Este gif muestra por qué con el principio de Huygens-Fresnel:

Fuente

Esto es demasiado largo para un comentario y es un complemento de la respuesta de John.

No se deben confundir los fotones con la luz electromagnética clásica.

Los fotones no son luz. Son partículas elementales en el modelo estándar de física de partículas, con espín + o -1 en su dirección de movimiento masa invariable cero y energía = h*nu. Cada fotón se describe mediante una función de onda mecánica cuántica. La luz emerge de la superposición mecánica cuántica de innumerables fotones.

Pero esto significa que los fotones tienen atracción interna entre sí.

No, no es atracción entre fotones, sino superposición de funciones de onda de fotones, cuyas funciones superpuestas dan una función de onda colectiva a la onda de luz emergente. Al entrar en un medio este se modifica de la forma descrita en la respuesta de John, por dispersión con los campos de los electrones en el medio.

La razón de la refracción es la diferente velocidad de la luz en diferentes medios. Esta velocidad está determinada por el índice de refracción.$n$, que a su vez se puede calcular a partir de la permitividad relativa y la permeabilidad del material:

Estas constantes simplemente definen la respuesta de un material a un campo eléctrico o magnético. Luz (estar compuesta de$E$y$H$campos) no está interactuando consigo mismo, sino con el material a través del cual se transmite.

Entonces, aquí es más útil ver la luz en la imagen clásica como una onda electromagnética y no como fotones.

Hay muchas maneras de ver este problema. Voy a agregar, la luz se refracta porque su camino satisface el Principio de Fermat: "la luz viaja entre dos puntos a lo largo del camino que requiere menos tiempo, en comparación con otros caminos cercanos".

Dadas las 2 velocidades de propagación diferentes en los medios 1 y 2:

$v_2 \sin{\theta_1} = v_1 \sin{\theta_2}$

describe la refracción.