Kun ratkaistaan Maxwellin yhtälöistä saatava sahkömagneettinen aaltoyhtälö väliaineessa, havaitaan, että aaltoliikkeen nopeus on pienempi kuin tyhjiössä. Itse kentissä liikkuva häiriö siis hidastuu, eikä se siis johdu esim. valon jatkuvista siroamisista aineessa.
Onko tämä millään tavalla ristiriidassa kvanttimekaniikan fotoniajattelun kanssa? Hidastuvatko fotonit todellakin aineen sisällä. Seuraako tämä kvanttimekaaniikastakin? Entä kuinka tämä vaikuttaa suhteellisuusteoriaan?
Onko tämä millään tavalla ristiriidassa kvanttimekaniikan fotoniajattelun kanssa? Hidastuvatko fotonit todellakin aineen sisällä. Seuraako tämä kvanttimekaaniikastakin? Entä kuinka tämä vaikuttaa suhteellisuusteoriaan?
Vastaukset 4
Vanhimmat
Kirjoissa annettu valonnopeus on nimenomaan "valon nopeus tyhjössä", eikä se tyhjiö siellä aivan turhan takia ole...:)
Fotonit kulkevat aineessa hitaammin kuin tyhjössä.
Kyllä väliaineessa etenevän kentän "hitaudessa" on nimenomaan kyse siitä, että "fotonit siroavat" aineen hiukkaisisa. Käytännössä siis kentästä absorboituu energiaa, joka saa aikaan esimerkiksi atomin virittymisen dipoliksi, josta viritys purkautuu sitten takaisin fotoniksi.
Väliaineessa valon nopeus on efektiivinen nopeus; t.s. rautalankamallina voi ajatella, että fotonit liikkuvat atomien välillä koko ajan samalla samalla nopeudella kuin mitä valo etenee tyhjiössä, mutta nämä siroamiset hidastavat energian liikkumisnopeutta aineen läpi.
Mutta eikö tämä ole Maxwellin yhtälöiden kanssa ristiriidassa? Nehän ennustavat sähkömagneettisen kentän aaltoliikkeen hidastumisen aineessa.
Onko ristiriita kvanttimekaniikan ja Maxwellin yhtälöiden välillä siis todellakin olemassa?
Ei ole ristiriitaa ainakaan siinä mielessä, mitä ajat takaa: Kun Maxwellin yhtälöissä tarkastellaan suhteellista permittiivisyyttä, joka kuvaa valon hidastumista aineessa, kyseessä on makroskooppinen suure. Toisin sanoen, se kuvaa sitä, miten sähkömagneettinen kenttä efektiivisesti käyttäytyy, kun se liikkuu aineessa, jossa on hyvin runsaasti selvästi aallonpituutta pienempiä atomeja / muita hiukkasia.
Jokainen yksittäinen sironta (mikroskooppinen tapahtuma) saadaan kuvatuksi kvanttimekaniikan avulla ja näiden lukuisten sirontojen yhteisvaikutus ilmenee sitten makroskooppisena suureena nimeltä suhteellinen permittiivisyys.