Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Victor

Hallo!!

Ik vraag me af waarom de lichtsnelheid in een optisch dichtere stof kleiner is dan in vacuum... Na zelf wat zoekwerk, zijn volgende 2 de kandidaat-verklaringen, maar die falen helaas beiden... Weet iemand de juiste verklaring?

Verklaring 1:

De fotonen worden afgeremd door de elektrische en magnetische velden van de moleculen en verbindingen waaruit de middenstof is opgebouwd.

Deze verklaring kan volgens mij niet juist zijn omdat, als je licht, in het laboratorium, doorheen een sterk magnetisch en/of elektrisch veld laat gaan, er niets gebeurt...toch?

Verklaring 2:

De fotonen vliegen altijd aan lichtsnelheid. Ook tussen de atomen van de middenstof. Maar als een foton wordt geabsorbeerd door een atoom van de middenstof, blijft deze een welbepaald tijdje gevangen, en daarna terug 'vrijgelaten' in dezelfde zin en richting. De gemiddelde snelheid wordt berekend aan de hand van de snelheid tussen de atomen (de lichtsnelheid), en de pauzes die het doorbrengt 'op' het atoom.

Hm..maar als je eens een volgend kristal beschouwt als voorbeeld:

[attachment=2505:lichtsne...ddenstof.JPG]

-Lichtweg C gaat ongehinderd doorheen het kristal. Gemiddelde snelheid is de lichtsnelheid.

-Lichtweg A komt het eerste atoom tegen, neemt enkele nanoseconden pauze, en vertrekt daarna terug met de lichtsnelheid naar het volgende atoom. De gemiddelde snelheid is lager dan de lichtsnelheid.

-Lichtweg B hetzelfde, met het verschil dat de afstanden tussen 2 atomen groter zijn dan bij lichtweg A (pythagoras..).

Conclusie: de snelheid in de middenstof zou afhangen van de invalshoek, en dit bij een isotroop kristal, wat in werkelijkheid niet het geval is.

Help! Wie kan dit langbekend verschijnsel verklaren?!

Groeten,

Victor

StrangeQuark

De eerste verklaring is ook gewoon niet waar. De tweede echter wel. Photonen komen aan bij de transparante stof en worden zodra ze een atoom tegenkomen geabsorbeerd. Dat betekend dat een elektron die om de atoomkern 'heendraait' het foton in zich opneemt en de energie gebruikt om op een grotere afstand van de kern te 'draaien'. Er zit meer energie in dus komt hij in een hogere baan terecht. Na een paar nanoseconde valt dat elektron echter weer terug naar beneden en stuurt dan weer een foton uit met dezelfde energie. Hier komt dus je vertraging inderdaad vandaan. Echter hij stuurt het niet in dezelfde richting uit, maar alle atomen krijgen ontzettend veel fotonen te verwerken en al die fotonen worden opgenomen en later weer in een WILLEKEURIGE richting uitgespuwd. De reden echter ddat een licht straal wel netjes rechtdoor gaat heeft te maken met interferentie. In de voorwaartse richting worden de fotonen allemaal positief constructief geinterfereerd (dus de twee golven worden opgeteld en ze doven elkaar niet uit een maximum). In alle andere richtingen worden de fotonen destructief geinterfereerd, ofwel ze doven elkaar uit (de golven worden opgeteld alleen bij de ene golf is het een maximum en bij de andere golf een minimum en daardoor krijg je effectief nul. Beetje het idee van anti-geluid)

Victor

Bedankt voor je antwoord, toch heb'k enige bedenkingen...

...WILLEKEURIGE richting uitgespuwd. De reden echter dat een licht straal wel netjes rechtdoor gaat heeft te maken met interferentie. In de voorwaartse richting worden de fotonen allemaal positief constructief geinterfereerd. In alle andere richtingen worden de fotonen destructief geinterfereerd, ofwel ze doven elkaar uit.

vb. Glas heeft een doorlaatbaarheid van 90%.

Moest al het licht dat niet in de juiste richting terug uitgezonden wordt, destructief geïnterferreerd worden, dan zou je enorm veel lichtverlies hebben...

: lichtcirkel.JPG (5.03 KiB) 1201 keer bekeken

Alle licht dat wordt uitgezonden volgens een hoek in de blauwe zone, zou destructief geïnterferreerd worden. Enkel de rode straal zou het glaswerk verlaten. Op de figuur te zien zou dit percentueel heel veel lichtverlies zijn! (en deze is dan nog maar in 2 dimensies)

Nog'n bedenking...als de 2de theorie zou kloppen, hoe is het probleem -die als eerste gepost werd- dan te verklaren?

Dankjewel!

Victor

StrangeQuark

Bedenk wel dat licht dat positief geinterfereerd wordt een hogere opbrengst heeft. Als je kijkt naar de lijnen die achter een tralie tevoorschijn komen ook een hogere intensiteit hebben dan het licht dat je ervoor had. Het is een beetje een hogere concentratie, er is minder licht tussen de strepen maar meer licht in de strepen. Als je vier tralies hebt is de intensiteit van je strepen patroon 16 keer groter.

Ik weet niet wat je bedoelt met je eerste geposte probleem, maar ik kan je wel zeggen dat je plaatje met de stralen niet helemaal klopt omdat de atomen zelf ongeveer enkele tienden nanometers groot zijn en zichtbaar licht is honderden nanometers groot, dus het zal niet gebeuren dat een foton geen atomen tegenkomt. Sterker nog, fotonen worden elke keer dat ze een atoom tegenkomen een beetje vertraagd. Dus dat gebeurt miljoenen keren als een straal door glas gaat. Dus lichtstraal C kan niet voorkomen. Je moet het zo zien dat elk atoom een bolgolf aan licht weer uitstuurt en alleen waar de bolgolven positief interferen (alleen in de voorwaartse richting) gaan de golven door.

Victor

Bedenk wel dat licht dat positief geinterfereerd wordt een hogere opbrengst heeft.

90% van het licht gaat rechtdoor, dit zou niet kloppen moesten de atomen inderdaad in alle richtingen uitzenden.

Je ziet de laserstraal op de foto omdat deze oplossing een suspensie is. Moest het water klaarhelder zijn...zou je geen enkel zijstraaltjes zien, ook niet van positieve interferrentie... Er moet een bepaalde reden zijn waarom de atomen het foton terug uitzenden in dezelfde richting en zin...dewelke in de toekomst misschien zal duidelijk worden...

...omdat de atomen zelf ongeveer enkele tienden nanometers groot zijn en zichtbaar licht is honderden nanometers groot, dus het zal niet gebeuren dat een foton geen atomen tegenkomt.

Bedankt!!!!!

Klopt..ja, ik zie het nu!

Nog'n zijvraagje...weet je misschien ook waarom licht van een hogere frequentie trager gaat? (brekingsindex=groter)

Zou dit te maken hebben met de tijd die het atoom het foton vasthoudt?

En nog ééntje: licht heeft blijkbaar een redelijke breedte?! Die waarschijnlijk afhankelijk is van de frequentie?

Heeft men dit ooit kunnen meten?!

Victor

StrangeQuark

De reden dat breking verschillend is voor verschillende golflengtes is omdat de snelheid van het licht gelijk is aan de frequentie vermenigvuldigt met de golflengte. Ik denk dat je dat het beste kunt zien als kijken hoe snel de auto's onder een brug doorgaan door te tellen hoeveel auto's er onderdoor gaan en dat te vermenigvuldigen met hoe lang ze zijn. Dan weet je hoeveel afstand aan auto's er per tijdseenheid onder de brug doorgaat en dan weet je hoe snel de auto's gingen. Op het moment dat je kijkt naar de snelheid van het licht in een medium dan zal de frequentie van het licht gelijk blijven maar de snelheid neemt af. Dat gaat hem dus zitten in de golflengte (andersom geredeneert verklaart dat jouw verhaal van verschillende golglengtes hebben andere diffracties). Waarom de een wel verandert en de ander niet heeft iets te maken met fasesnelheden en groepssnelheden. Dat is allemaal was weggezakt omdat ik een vaste stof fysicus aan het worden ben en geen opticus.

De breedte van je golf is volgens mij gewoon de golflengte. Je hebt immers een diffractie limiet, en die stelt dat je niet veel kleinere details kan zien dan de golflengte van het licht. Dus daardoor weet je precies wat de breedte van je licht golf is. Ik had niet precies moeten zeggen omdat je door je onzekerheidsprincipe niet precies alles weet over de lichtgolf.

Victor

De breedte van je golf is volgens mij gewoon de golflengte. Je hebt immers een diffractie limiet, en die stelt dat je niet veel kleinere details kan zien dan de golflengte van het licht. Dus daardoor weet je precies wat de breedte van je licht golf is.

Begrijpelijk...volledig mee akkoord! Bedankt voor je antwoord!

Wat me nu wel vreemd is, is de enorme breedte van een foton... Het rode vlak stelt een lichtstraal voor, uitgezonden door het rode atoom (een van z'n electronen). Wat niet afgebeeld is, is de sterkte van het elektrisch en magnetisch veld, enkel de breedte. Hoe dit enorm uitgewaaierd foton interageert met zo'n klein ding als een electron...en er volledig in opgenomen kan worden...heel vreemd! Maar o zo boeiend

: lichtstraal.GIF (2.5 KiB) 1204 keer bekeken

Groeten,

Victor

StrangeQuark

Tja, dat is quantum mechanica pur sang en dat hoor je als mens vreemd te vinden.

Victor

Ik vind het persoonlijk een boeiend en interessant intermezzo!

Deze dagen op de trein, ben'k een theorietje aan het opstellen met de dingen die jij me duidelijk gemaakt hebt, samen met nog een ander verschijnsel. Samen zouden ze misschien het bestaan van een nieuw effect voorspellen. Geen verdere details, om het spannend te houden!

Binnenkort in "Theorie-ontwikkeling"!

Groetjes,

Victor

Gesp

[...] Photonen komen aan bij de transparante stof en worden zodra ze een atoom tegenkomen geabsorbeerd. Dat betekend dat een elektron die om de atoomkern 'heendraait' het foton in zich opneemt en de energie gebruikt om op een grotere afstand van de kern te 'draaien'. Er zit meer energie in dus komt hij in een hogere baan terecht. Na een paar nanoseconde valt dat elektron echter weer terug naar beneden en stuurt dan weer een foton uit met dezelfde energie. Hier komt dus je vertraging inderdaad vandaan. Echter hij stuurt het niet in dezelfde richting uit, maar alle atomen krijgen ontzettend veel fotonen te verwerken en al die fotonen worden opgenomen en later weer in een WILLEKEURIGE richting uitgespuwd. De reden echter ddat een licht straal wel netjes rechtdoor gaat heeft te maken met interferentie. In de voorwaartse richting worden de fotonen allemaal positief constructief geinterfereerd (dus de twee golven worden opgeteld en ze doven elkaar niet uit een maximum). In alle andere richtingen worden de fotonen destructief geinterfereerd, ofwel ze doven elkaar uit (de golven worden opgeteld alleen bij de ene golf is het een maximum en bij de andere golf een minimum en daardoor krijg je effectief nul. Beetje het idee van anti-geluid)

Sorry dat ik me in deze discussie meng, maar deze verklaring snap ik niet. (en met de zoekfunctie van google vindt ik niet echt andere topics waarin het besproken wordt).

1- Waarom worden de fotonen in andere richtingen "destructief geinterfeerd" en in de 'juiste' richting niet?

2- Wat bepaalt de tijd tussen het opnemen door een atoom van een foton en het afgeven? Kan een fase-verschil van een halve golflengte niet evengoed uitdoving veroorzaken?

Jan van de Velde

1- Waarom worden de fotonen in andere richtingen "destructief geinterfeerd" en in de 'juiste' richting niet?

Er wordt alle kanten op destructief én constructief geinterfereerd. Alleen komt het optelsommetje van al die golffrontjes erop neer dat er op plaatsen PER SALDO golfbergen dan wel golfdalen ontstaan

Verhelderende applet

http://www.walter-fendt.de/ph11e/huygenspr.htm

klik na elke keer afspelen op "next step", niet vergeten

Gesp

Ik heb even nagedacht, maar blijf dit niet snappen. Want waarom dooft het dan in alle richtingen uit behalve vooruit? In een geordend kristalrooster kan ik me daar nog iets bij voorstellen (hoewel dat in een 'kubisch' rooster dan slechts in 3 richtingen licht zou mogen doorlaten; dat is klaarblijkelijk niet het geval). Maar hoe kan een chaotische moleculaire brei als water dan toch het licht in slechts 1 richting doorlaten?

Jan van de Velde

Omdat er van achter vandaan steeds nieuwe golven worden aangevoerd.

Wetenschapsforum

Laatste berichten

Nieuwsberichten

Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?

Re: Waarom is de lichtsnelheid kleiner in glas?