Публикация, в которой рассматривался механизм изменения скорости света в средах, вызвала у читателей вопросы – предсказуемые и правильные. Предсказуемым можно считать вопрос, когда же наконец запретят, как лженауку, классическую волновую оптику? Это хороший, показательный вопрос, очень часто возникающий у людей если им напомнить про такую штуку, как «фотон». Именно напомнить. Ибо все знают про фотоны, – как и про волновые свойства света. Но в большинстве случаев эти сведения хранятся в разных полушариях мозга, если же их просто взять и совместить…
Напоминать же приходится. Ибо рассматривая отдельные фотоны очень легко становится понять, почему скорость света одновременно и мировая константа, и зависит от среды. Через механизм поглощений и переизлучений ясно как день становится, почему в веществе замедляется поток квантов, почему фотоны одних энергий проходят сквозь материал, другие же поглощаются. Очевидными становятся даже причины обратной связи между электропроводностью и прозрачностью, вплоть до того что сквозь сверхплотную плазму солнечного ядра свет ползёт со скоростью всего километр в год.
С другой стороны, механизмы множества эффектов легко толкуемых с позиций волновой оптики становятся, мягко говоря, не очевидными. Собственно, в рамках представления физических публикаций данного в упоминавшейся выше публикации, – то есть, с чисто корпускулярных позиций, – они и необъяснимы.
В данной проблеме нет ничего нового. То что свет (в отличие от звука) демонстрирует, как корпускулярные, так и волновые свойства, было замечено ещё в XVII столетии. Причём, взаимоисключающие свойства света несомненны, ибо непосредственно наблюдаемы. Можно видеть, как испускаемый на решётку единственный фотон оставляет единственную же точку на мишени. И лишь с набором статистики в хаосе попаданий начинают прослеживаться круги.
Свет (то же касается любой формы электромагнитного «поля») это поток квантов. Но поток проявляет волновые свойства… И, собственно, к делу. К вопросам, начиная с последнего. Каким образом о доплеровском увеличении длины волны можно судить по отдельным фотонам?
Любая, – это не только фотонов касается, – частица имеет «длину волны». Волновой функцией определяется вероятность её обнаружения в определённой точке. Где именно на мишени фотон соизволит провзаимодействовать с молекулами фотоэмульсии, – дело случая. Предсказать этого нельзя, но случайность характеризуется вероятностью, вследствие чего мы с набором статистики круги и видим… Важно, однако, в данном контексте то, что длина волны фотона прямо связана с его энергией. С точки зрения физики, часта, энергия, масса, длина волны фотона, – одна и та же величина.
Когда испущенный квазаром фотон поглощается детектором, мы измеряем его энергию, – а таким образом и длину волны, автоматически. Как следствие, набрав статистику единичными фотонами, мы можем увидеть «красное» смещение гребёнки линий водорода.
Второй вопрос касается механизма отражения. Но он, в принципе, очевиден с корпускулярных позиций. Фотоны «врезаются» в электроны, с некоторой задержкой на переизлучение это импульс (поскольку он же и «масса», и «энергия») отливается в новый фотон. Но если концентрироваться не на «новом», а на «импульсе», более менее ясно, что с ним станет. Корпускулы или проходят сквозь препятствие, или поглощаются (рассыпаются на меньшие, тепловые кванты) или «отскакивают». Поскольку электроны в веществе отталкиваются, как одноимённые заряды, – каждый подпёрт, таким образом, массой других, – препятствие на пути квантов можно считать «упругим».
Наконец, главный вопрос связан с недавно открытым эффектом отрицательного преломления. Показанным, собственно, на заглавной картинке, – опущенный в воду карандаш «ломается» не туда. Эффект представляется просто фокусом, но взрывает мозг, если вспомнить, что «показателем преломления» называется:
Получается, есть среды, в которых скорость света больше самой себя?
Не получается. В знаменателе формулы так называемая фазовая скорость света. Скорость движения фотонов переизлучениями связана с их массой, а значит с длиной волны. Эффект хорошо и наглядно толкуется с волновых позиций, хотя понятен и с квантовых, – «красные» фотоны с большой длиной пространственной волны взаимодействуют и переизлучаются реже, а «синие» чаще.
...И из формулы же ясно, что при v>c показатель преломления не станет меньшим нуля. Он станет меньшим единицы, а значит, тут речь вообще о другом.
Эффект наблюдается в искусственных метаматериалах из чередующихся слоёв вещества с отрицательными магнитной и диэлектрической восприимчивостью. И это одна из вещей, которую невозможно объяснить просто, – без кучи формул…
Ну, разве что, так: в метаматериале фазовая скорость света снижается, но таким образом, что зависимость её от длины волны оказывается обратной обычному.
