Утверждение, что скорость света в среде меньше, чем в вакууме, не вызывает сомнений. Это экспериментально подтвержденный факт. Именно в результате изменения скорости распространения света в среде происходит преломление световых лучей на границе раздела двух сред.
Практически любой учебник по оптике начинается с рассмотрения этого явления, с рассмотрения законов геометрической оптики. Однако ни в одном учебнике я не обнаружил объяснения уменьшения скорости света в среде. Складывается впечатление, что современная физика не знает причину этого явления, а авторы учебников старательно избегают этой темы.
При этом в научно-популярной литературе и на просторах интернета гуляют сомнительные объяснения без указания авторства этих измышлений.
Очень распространённым объяснением является следующее:
Ввиду того, что в атомах вещества электроны и ядра занимают незначительную долю объема, свет распространяется во внутриатомном и межатомном пространстве с той же скоростью, что и в вакууме. При взаимодействии фотонов с атомами происходит поглощение фотонов и переход атомов в возбужденное состояние. Через некоторое короткое время атом возвращается в первоначальное состояние и излучает фотон с точно такими же параметрами, как и у поглощенного фотона. Испускаемый фотон продолжает движение в том же направлении, что и поглощенный фотон. За счет этой задержки на переизлучение происходит уменьшение скорости распространения фотонов в среде.
Основная проблема этого объяснения заключается в том, что оно не согласуется с экспериментальными данными.
То, что атомы и молекулы вещества могут поглощать и излучать свет определенных длин волн, известно с середины 19 века. На этом явлении основан метод спектрального анализа, являющийся мощным инструментом изучения свойств и состава вещества.
Атомы каждого химического элемента имеют строго определённые резонансные частоты, в результате чего именно на этих частотах они излучают или поглощают свет.
Темные линии появляются, когда электроны, находящиеся на нижних энергетических уровнях атома, под воздействием излучения от источника света одномоментно поднимаются на более высокий уровень, поглощая при этом световые волны определённой длины, и сразу после этого падают обратно на прежний уровень, излучая волны этой же длины обратно – но так как это излучение рассеивается равномерно во всех направлениях, в отличие от направленного излучения от начального источника, на спектрограмме на спектрах видны тёмные линии в месте/местах, соответствующих данной длине/длинам волн. Эти длины волн различаются для каждого вещества и определяются разницей в энергии между электронными энергетическими уровнями в атомах этого вещества.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Спектральный_анализ
Таким образом, свет действительно может поглощаться атомами и молекулами вещества и затем вновь излучаться. Но этот процесс имеет стохастический характер. То есть, направление излучения фотона возбужденным атомом носит случайный характер, как и время на переизлучение. Кроме того, спектр поглощения вещества имеет дискретный характер. Поэтому основная часть светового потока проходит через прозрачное вещество без поглощения.
Следовательно, приведенное ранее объяснение уменьшения скорости света в среде за счет переизлучения является несостоятельным.
Тем знатокам теории, которые полагают, что всё можно объяснить использованием терминов «волновой пакет», «цуг волн» или «фазовая скорость», предлагаю ответить на вопрос – как изменится скорость одиночного фотона, переходящего из воздуха в воду?
Публикации на эту тему:
"Замедление света в среде. Шарлатанство квантовой механики."