Замедление света в среде является экспериментально подтвержденным фактом. Однако объяснение этому явлению современная физика не даёт. Мало того, что не существует методов расчета показателя преломления веществ, так физика не может определить даже то, от каких параметров среды вообще зависит показатель преломления.
В данной публикации я попробую проанализировать параметры среды, определяющие значение показателя преломления.
Для анализа показателя преломления среды (ППС) следует выбрать наиболее простую для рассмотрения среду. Естественно, что в жидкостях и твердых телах на значение ППС могут влиять межмолекулярные взаимодействия и специфика кристаллической решетки. Поэтому логично рассматривать газы, желательно одноатомные газы. Следовательно, выбор благородных (инертных) газов для анализа ППС представляется вполне обоснованным.
В прилагаемой таблице приведено значение показателя преломления (ПП) инертных газов (http://refractiveindex.info/), плотность газов, количество протонов в ядре и общее количество нуклонов в ядре.
На рисунке 1 представлена зависимость ПП от плотности для указанных газов. Можно отметить, что рассматриваемая зависимость носит линейный характер.
Но утверждение о том, что ППС зависит от плотности среды, было бы не просто поспешным, а ошибочным. Зависимость ПП от заряда ядра, приведенная на рисунке 2, имеет аналогичный вид.
Поэтому для установления того, от каких характеристик среды зависит ППС, требуется дополнительный анализ. При анализе этих данных необходимо помнить, что во всех газах в равных объемах содержится равное количество молекул (при равных условиях), не взаимодействующих между собой. Поэтому ПП газов определяется не совокупностью атомов, а характеристиками отдельных атомов.
Для определения зависимости ППС от плотности среды следует провести сравнение веществ, которые не отличаются по структуре и химическому составу. Поэтому представляет интерес рассмотрение веществ, состоящих из разных изотопов. В этом случае отличие между атомами заключается только в различном количестве нейтронов в ядре.
Рассмотрим в качестве примера обычную воду и тяжёлую воду. Ядро атома водорода в обычной воде содержит только один протон. Плотность воды равна 1 г/см³. В тяжёлой воде ядро атома водорода содержит протон и нейтрон. Такой атом водорода называется дейтерий. Не удивительно, что тяжелая вода имеет более высокую плотность – 1,1 г/см³. Следовательно, в определенном объеме тяжёлой воды содержится больше вещества, чем в таком же объёме обычной воды. Но что удивительно – показатель преломления тяжёлой воды (n=1,3283) несколько меньше, чем показатель преломления обычной воды (n=1,3325).
А как же ведут себя ПП изотопов других веществ?
В работе «Получение и оптические свойства высокочистого изотопно обогащенного германия» (https://diss.unn.ru/files/2021/1111/diss-Lipskiy-1111.pdf, стр.85) приведены результаты измерения ПП для различных изотопов германия. Эти данные представлены на рисунке 3.
Из приведенных данных следует, что с увеличением количества нейтронов в ядре показатель преломления германия уменьшается.
Следовательно, можно сделать несколько неожиданный вывод, что ППС уменьшается при увеличении количества нейтронов в атомных ядрах (при прочих равных параметрах).
Это позволяет утверждать, что ППС не определяется плотностью среды.
Чем же тогда определяется ППС?
Принято считать, что ППС является следствием изменения скорости распространения фотонов в веществе. Это изменение скорости происходит в результате взаимодействия фотонов с атомами вещества. Современная физика утверждает, что фотонам присущи два вида фундаментальных взаимодействий – электромагнитное и гравитационное. Поскольку в публикации отмечается, что ППС не определяется плотностью среды, это означает, что гравитационное взаимодействие не вносит существенного вклада в значение ППС. Следовательно, ППС определяется электромагнитным взаимодействием фотонов и атомов среды.
Таким образом, ППС определяется либо количеством электронных оболочек в атоме, либо количеством заряженных частиц в ядре атома, либо комбинацией этих характеристик.
Следовательно, можно предположить, что при прохождении около заряженной частицы фотоны изменяют свою скорость распространения в зависимости от заряда частицы.
Описание явления изменения скорости света в среде с физической точки зрения я приведу в одной из следующих публикаций.