Можно ли замедлить фотон, и если можно, то насколько?

Спрашивает
Roman Markin
#свет
+2
#физика
#фотоны
03.01.2023
68 890
Простой вопрос

Да, можно. Собственно, вы именно такие фотоны прямо сейчас и видите — свет, распространяющийся не в вакууме, движется медленнее. То, во сколько раз он замедляется — зависит от свойств материала, и у этой величины есть название, известное по школьному курсу оптики, это «показатель преломления».

Свет, который попал к вам на сетчатку, прошел сначала через воздух (он не очень отличается от вакуума в этом плане, но все-таки свет в нем движется медленнее, чем в космическом пространстве), а потом через роговицу, хрусталик и глазное яблоко. Вот там уже показатель преломления в районе 1,4 (у хрусталика, кстати, еще и неравномерно, по краям меньше), так что последние миллиметры фотоны к вам шли с замедлением в 1,4 раза.

У алмаза показатель преломления аж 2,4 — там свет замедляется более чем в два раза. Кстати, само название «показатель преломления» говорит о том, что при попадании в «медленную» среду свет ещё и отклоняется в сторону: с этим связан и кажущийся излом погруженной в воду под наклоном палки, и эффект полного внутреннего отражения, когда поверхность какой-либо среды выглядит зеркальной.

Из более-менее «нормальных» материалов самый высокий — больше 4! — показатель преломления у германия: правда, он для видимого света вовсе непрозрачен, а пропускает только инфракрасное излучение. Но такие фотоны, в общем-то, тоже фотоны! И в германии они движутся со скоростью менее 25% от вакуумного значения.

Из «ненормальных» же материалов есть всякие штуки, в которых распространение света идет со скоростью вплоть до миллиметров в секунду, но там совсем некорректно говорить о замедлении отдельных фотонов. И, кстати, очень интересный эффект происходит, когда в материал влетает частица — уже не фотон, а какой-нибудь протон, например — со скоростью большей, чем скорость света в этом материале. Никакого нарушения теории относительности тут нет и в помине (та оперирует скоростью света в вакууме!), но такая частица резко тормозит, выдавая избыток энергии в виде света, это называют излучением Вавилова-Черенкова. Такие вспышки видят иногда космонавты: когда частицы космических лучей попадают в глаз.

Комментарии

13 Комментариев

Zhe Sh
16.01.2023
-
0
+
"Детское" объяснение, по-моему, примерно такое: в вакууме фотон летит по прямой, а вот в прозрачной среде он как бы постоянно натыкается на маленькие отражающие зеркальца (атомы), которые немного меняют направление его движения. Общее направление все равно остается "вперед", но уже не по прямой, а по ломанной кривой, т.е. путь удлиняется. Чем плотнее среда, тем больше переотражений, больше изломов, длиннее путь. Поэтому кажущаяся скорость фотона в такой среде меньше световой, хотя на самом деле он не может двигаться ни с какой другой скоростью, кроме скорости света. Как-то так)
Dzmitry Drazdou
16.01.2023
-
0
+
А еще черенковское свечение любят изображать когда речь идет о радиоактивности - все эти светящиеся зеленоватым светом материалы в мультфильмах и кино.
А какова физическая природа замедления фотона? Что именно в веществе так влияет на него, что он двигается медленнее? (направление меняет видимо по этой же причине)
    Kiridan
    03.01.2023
    -
    3
    +
    Самого замедления по сути нет – есть только задержка между поглощением и переизлучением фотонов атомами вещества. У самого же света скорость везде и всегда одинакова.
    +
      ещё комментарии
      Кирпань
      06.01.2023
      -
      1
      +
      А почему фотон переизлучается в том же направлении, в котором был поглощен? Да и вроде бы атомы могут излучать фотоны только строго определенных длин волн, а прозрачны вещества обычно в некотором диапазоне.
        Игорь
        06.01.2023
        -
        0
        +
        потому что закон сохранения импульса
          Di
          Di
          06.01.2023
          -
          0
          +
          фотон безмассовая частица. какой у него импульс? вне взаимодействии он всегда распространяется со скоростью света. вопрос по сохранению направления после прохождения прозрачного вещества остается открытым
          Vlad
          16.01.2023
          -
          0
          +
          Если мы вспоминаем про закон сохранения импульса, то как быть с тем моментом, когда фотон поглотился, но еще не переизлучился? Вот эта вышеупомянутая задержка. Все проще (ну или сложнее). Нет никакого поглощения/переизлучения, а есть интерференция колебаний фотона и порожденных им электромагнитных волн
        Vlad
        16.01.2023
        -
        0
        +
        Потому что ничего там не поглощается и не переизлучается. При прохождении через вещество фотон инициирует электромагнитные волны (от электронов вещества) и то что мы видим - интерференция всех получившихся волн. И вот эта результирующая волна движется медленнее скорости света в вакууме.
    Vlad
    16.01.2023
    -
    0
    +
    Дело в том, что фотон - это электромагнитная волна и при прохождении по веществу она вызывает вторичные колебания от электронов вещества. А т.к. движение волн это движение гребней, то мы видим интерференционную картинку от всех инициированных волн. И вот эта результирующая волна движется медленнее.

Есть что спросить?

Вы можете получить ответ на вопрос по любой теме от экспертов нашей редакции, хорошо разбирающихся в этой теме.

Задать вопрос

Похожие вопросы

Может проломить, не сомневайтесь. Плотность пыли — ну, примем очень примерно за 50 кг/м3 (строго говоря,...Читать далее

Это классическая задача из «Занимательной физики» Якова Перельмана — в ней как раз рассматривалось движение...Читать далее

«Наполнить вакуумом» — это оксюморон. Так лингвисты называют словосочетание, содержащие в себе смысловое...Читать далее

Почему пламя — не плазма? Оно же газообразное и проводит ток, то есть ионизировано.
Спрашивает
Belzebuth
#горение
+3
#плазма
#пламя
#физика
21 января
94 032
Сложный вопрос
10


Начну с краткого ответа. Пламя нельзя называть плазмой по двум причинам:

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно