Bewegt sich nun das Licht langsamer in bestimmten Medien?
Ich lese immer Aussagen wie:
In Materie ist Licht langsamer als im Vakuum, ...
https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Lichtgeschwindigkeit_in_Materie
Ich frage mich aber, ob diese Aussage wirklich so stimmt, wenn ja, wieso? Ich habe immer gedacht dass es so sei: Licht bewegt sich immer mit derselben Geschwindigkeit, wenn wir das Licht eine Strecke s zurücklegen lassen wird es dabei immer dieselbe Zeit t brauchen, unabhängig vom Medium. Der Grund wieso Licht scheinbar länger braucht wenn man es durch ein Medium jagt, ist einzig und allein der, dass das Licht auf dem Weg mit dem Medium, genauer mit den Atomen des Mediums interagiert. Das Licht wird innerhalb dieses Mediums absorbiert, transmittiert, emittiert oder reflektiert und gestreut, aber behält stets seine Geschwindigkeit bei. Das Licht legt innerhalb dieses Mediums also einen größeren Weg zurück, weil es nicht "gerade durchgeht", sondern quasi Umwege macht, also im Zigzag das Medium durchläuft. Dadurch entsteht der Eindruck, dass das Licht durch das Medium verlangsamt wird, also eine geringere Geschwindigkeit hat. Aber eigentlich legt das Licht einfach mehr Weg zurück und benötigt somit einfach mehr Zeit, somit bleibt die Geschwindigkeit des Lichts die ganze Zeit über konstant.
Liege ich mit dieser Annahme richtig? Wenn nein, was sind dann die Gründe dafür, dass das Licht verlangsamt wird (auf atomarer Ebene)? Ich kann mir einfach nicht vorstellen, dass sich das Licht einfach mal so dazu entscheidet, langsamer zu bewegen nur weil sich Atome darum befinden. Kann mir jemand weiterhelfen?
10 Antworten
Wie oft in der Physik haben beide Betrachtungsweisen ihre Berechtigung.
Wir können ein Medium als eine kontinuierliche Verteilung von "harmonischen Oszillatoren" betrachten, die einen Teil der Lichtenergie absorbieren und phasenverschoben wieder emittieren (nachdem sie sich eingeschwungen haben), wobei sich das Licht immer mit seiner natürlichen Geschwindigkeit (der Vakuum-Lichtgeschwindigkeit) bewegt, aber die Überlagerung der phasenverschobenen Wellen dafür sorgt, dass sich im Gesamtbild Wellenberge langsamer oder schneller als diese Geschwindigkeit bewegen. (Zur Überlagerung: Huygens-Fresnelsches Prinzip)
Wir können aber auch annehmen, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen im Medium kleiner oder größer als die Lichtgeschwindigkeit ist - das ist die übliche Betrachtungsweise mit dem Brechungsindex. Bei einem Brechungsindex kleiner als 1 (Wellen bewegen sich schneller als das Licht im Vakuum) muss, bei einem Brechungsindex größer als 1 ist in der Regel der Brechungsindex abhängig von der Frequenz, und zwar so, dass sich "Wellenpakete" (bei "Schwebungen", bzw. generell Änderungen der Wellenstruktur) langsamer als das Licht im Vakuum fortbewegen (oder bestenfalls ebenso schnell).
- es kann sogar sein, dass sich Elektronen schneller bewegen als Licht... in Wasser z. B...
- https://de.wikipedia.org/wiki/Lichtgeschwindigkeit#Lichtgeschwindigkeit_in_Materie
Ja, die Geschwindigkeit in Kristallen und Flüssigkeiten und Gasen kann geringer ausfallen.
Im Medium ist die Lichtgeschwindigkeit geringer als im Vakuum.
Wäre das nicht so, gäbe es keine Prismen, die das weiße Licht in Farben aufspalten oder keine optischen Linsen.
Die "Konstanz der Lichtgeschwindigkeit" wird oft falsch verstanden. Dabei geht es um die relativistische Geschwindigkeitsaddition: auch das Licht aus einer sich auf mich zubewegenden Lichtquelle beweg sich "nur" mit c0 auf mich zu.
Du hast da was falsch verstanden, Licht bewegt sich nicht immer mit der gleichen Geschwindigkeit, nur im Vakuum ist das so.