Почему скорость света в холодном воздухе меньше, чем в теплом

Вопрос - почему скорость света в холодном воздухе меньше чем в теплом

1

Сообщение от zvm2 Фотон не может быть поглощён электроном. Фотон может быть поглощён атомом.

Сообщение от zvm2 Фотон - это фундаментальная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия. То есть, он переносит энергию, импульс и момент импульса между электрически взаимодействующими объектами.

Мне кажется Вы сами себе противоречите...

Сообщение от zvm2 Электрон не может испустить фотон. Фотон может быть испущен атомом при переходе из возбуждённого в основное состояние.

Не только может, но и постоянно окружен т.н. кулоновской шубой - облаком из виртуальных фотонов, которые он постоянно испускает и поглощает.

Сообщение от zvm2 Какой фотон был поглощён атомом, точно такой же фотон будет излучён атомом.

Нет. При поглощении фотона атом может перейти сразу на несколько уровней, а излучаться несколько раз при переходе с возбужденного состояния на основной - это т.н. ХРИ. Есть еще сдвиги и уширения, но это уже особенности тонкой структуры спектров. Но необходимо упомянуть, что энергия поглощенного фотона переходит не только на возбуждение, но и на рассеяние атомов и в этом случае спектр поглощения будет сплошной, а не дискретный как для ХРИ.

В общем случае скорости света и в вакууме и среда равны. Однако в среде, в силу постоянного поглощения и испускания фотонов на атомах, наблюдаемая скорость - это фазовая скорость - скорость распространения фронта волны, а не скорость отдельного фотона.

Сообщение от mathmichel Вы всерьёз полагаете, что атомы внутри стекла переизлучают фотоны в результате попадания в него фотонов с проходящим лучом света через стекло?

Именно так и происходит.

0

Сообщение от Ilot Именно так и происходит

Откройте лучше любой учебник по оптике и найдите там в разделах, связанных с преломлением света, "переизлучение". Переизлучение как таковое возникает только в особых случаях, когда например используются сильные лазерные лучи - это область нелинейной оптики, которое изучает неупругое взаимодействие излучения с веществом, а обычное преломление света связано с чисто упругим взаимодействием излучения с веществом и обходится без "переизлучения". Иначе как Вы может объяснить, что при выходе из среды луч света сохраняет и направление и частнотный спектр (которые были перед входом в среду).

0

mathmichel, взаимодействие на квантовом уровне - это поглощение/испускание частиц переносчиков взаимодействия. Т.е. обмен энергией и импульсом в конкретном типе взаимодействия происходит посредством поглощения частицы переносчика взаимодействия и последующего излучения новой частицы (или частиц). Никакого упругого взаимодействия в квантовых теориях нет - это вам не классическая механика. Если Вы окунетесь в теоретическую физику (КЭД, теорию сильного или электрослабого взаимодействий), то Вы увидите, что основной задачей решаемой данными теориями является процесс рассеяния частиц, участвующих в данных взаимодействиях посредством рождения/поглощения виртуальных частиц переносчиков взаимодействия (см. пропагаторы и диаграммы Фейнмана).
Т.н. упругое рассеяние частиц происходит посредством рождения/поглощения виртуальных частиц переносчиков взаимодействия. Т.е., к примеру, электроны непосредственно друг с другом не взаимодействуют, а только посредством рождения/поглощения виртуальных фотонов - переносчиков электромагнитного взаимодействия.
Резюмируя - любое взаимодействие на квантовом уровне это процесс обмена виртуальными частицами.

Сообщение от mathmichel Переизлучение как таковое возникает только в особых случаях, когда например используются сильные лазерные лучи - это область нелинейной оптики, которое изучает неупругое взаимодействие излучения с веществом...

Это, друг мой, и есть ХРИ.

Сообщение от mathmichel Иначе как Вы может объяснить, что при выходе из среды луч света сохраняет и направление и частотный спектр?

Свет не сохраняет ни направление, ни спектр.
Вещества обладают разной проницаемостью для разных частот. Прозрачные вещества в одном спектре непрозрачны в другом.

p.s. Так получилось, что я заканчивал кафедру взаимодействия излучения с веществом. Основными задачами в этом направлении у нас были переходное и тормозное излучение и переходное рассеяние. Есть кстати очень хорошая книга Гинзбурга "Переходное излучение и переходное рассеяние". Если хватит сил ее осилить - многое станет для Вас понятным. Потому как оптика это все же полуклассическая эмпирическая теория (по крайней мере в курсах общей физики, хотя указанная высше книга Гинзбурга тоже есть оптика).

1

Сообщение от Ilot Свет не сохраняет ни направление, ни спектр

Если Вы не читали мои предыдущие посты в этой теме, то я имел в виду случай прохождения видимого света через обычное стекло.
Что-то с трудом верится в переизлучение атомов стекла при прохождении фотонов преломлённого света!
А за совет прочитать книгу спасибо, потому что пересмотрел несколько учебников по оптике и ничего похожего на переизлучение при преломлении света в стекле и кристаллах не нашёл!

0

Сообщение от mathmichel А за совет прочитать книгу спасибо, потому что пересмотрел несколько учебников по оптике и ничего похожего на переизлучение при преломлении света в стекле и кристаллах не нашёл!

Тут вот в чем причина. В физике процессы прохождения частиц через вещество интересны в рентгеновских диапазонах и связано это с задачами изучения структуры кристаллических решеток и атомов, поэтому книги по данной тематике описывают взаимодействие излучения высоких энергий с конденсированными средами. Однако с точки зрения физики процесса его описание для видимого диапазона спектра и рентгеновского идентично. В области видимого спектра длинна волны фотонов значительно превосходит размеры атомов, поэтому описывать в классической оптике рассеяние фотона на атомах не разумно, хотя, как я уже указал, физика рассеяния фотонов видимого спектра и рентгеновского идентична. Поэтому так и сложилось, что для прохождения фотонов видимого спектра используются результаты геометрической оптики, а для рентгеновского диапазона решение задач рассеяния частиц на атомах, хотя физика в обоих процессах одна и та же (т.е. закон преломления выводится из уравнений Максвелла-Лоренца и КЭД и далее в оптическом диапазоне мы обобщаем закон Снеллиуса по системе линз и зеркал, а в рентгеновском строим вектор смещения электрического поля в зависимости от структуры кристалл/вещества, которая проявляется в зависимости Фурье образа поля от векторов обратной решетки).
p.s. Если интересно могу накидать еще ряд книг о физике взаимодействия потоков частиц высоких энергий с веществом. Кстати если книга окажется сложной - могу порекомендовать Рязанов Электродинамика конденсированного вещества (к сожалению в сети ее нет, придется покупать, но стоит она не дорого, учитывая, что это очень, очень хорошая книга!). Это уже учебник, а не монография как Гинзбург. Она хоть и не сильно проще, однако описывает процесс усреднения уравнений Максвелла и описывает процедуру Фурье преобразования полей, которая очень сильно используется у Гинзбурга.

0

Сообщение от Ilot Сообщение от zvm2 Фотон не может быть поглощён электроном. Фотон может быть поглощён атомом. Сообщение от zvm2 Фотон - это фундаментальная частица, переносчик электромагнитного взаимодействия. То есть, он переносит энергию, импульс и момент импульса между электрически взаимодействующими объектами. Мне кажется Вы сами себе противоречите...

Ни капельки. В первом сообщении речь про реальный фотон (фотон в реальном состоянии). Во втором - про виртуальный фотон. Впрочем, вы и сами это прекрасно знаете.

Сообщение от zvm2 Электрон не может испустить фотон. Фотон может быть испущен атомом при переходе из возбуждённого в основное состояние. Не только может, но и постоянно окружен т.н. кулоновской шубой - облаком из виртуальных фотонов, которые он постоянно испускает и поглощает.

Вот именно, окружён шубой из фотонов в виртуальном состоянии. Реальный фотон электроном излучиться/поглотиться не может - такой процесс нарушал бы целую кучу законов сохранения.

Сообщение от zvm2 Какой фотон был поглощён атомом, точно такой же фотон будет излучён атомом. Нет. При поглощении фотона атом может перейти сразу на несколько уровней, а излучаться несколько раз при переходе с возбужденного состояния на основной - это т.н. ХРИ.

Это хорошо известно. Но для Mc_RoSA важно избавиться от предрассудков, которые он тут изложил. Для этого погружение в тонкости излишне.

В общем случае скорости света и в вакууме и среда равны.

Нет. Групповая скорость распространения света в среде меньше. Фазовая скорость света в среде может быть даже больше скорости света в вакууме. Но эта скорость не определяет скорость переноса энергии (скорость передачи сигнала). За это отвечает групповая скорость.

Однако в среде, в силу постоянного поглощения и испускания фотонов на атомах, наблюдаемая скорость - это фазовая скорость - скорость распространения фронта волны, а не скорость отдельного фотона.

Объяснение уменьшения скорости распространения света в среде поглощением/испусканием фотонов - это очень простое, очень распространённое и совершенно неправильное объяснение.

0

Сообщение от zvm2 Ни капельки. В первом сообщении речь про реальный фотон (фотон в реальном состоянии). Во втором - про виртуальный фотон. Впрочем, вы и сами это прекрасно знаете.

Согласного принципа тождественности частиц виртуальные и реальные фотоны не различимы.

Сообщение от zvm2 Вот именно, окружён шубой из фотонов в виртуальном состоянии. Реальный фотон электроном излучиться/поглотиться не может - такой процесс нарушал бы целую кучу законов сохранения.

Каких например? К слову первой задачей при изучении квантовой электродинамики рассматривают рассеяние фотона на электроне и согласно основной диаграмме процесса рассеяния фотон поглощается электроном, а затем испускается другой фотон. Еще раз - согласного принципа тождественности частиц виртуальные и реальные фотоны не различимы.
И к слову Вам знаком эффект Вавилова-Черенкова? Помнится излучение возникает аккурат из-за того, что зараженная частица "обгоняет" в среде свою кулоновскую шубу виртуальных фотонов, которые не успевают поглотится испускающей их частицей и излучаются в заднем световом конусе как свободные частицы.

Сообщение от zvm2 Нет. Групповая скорость распространения света в среде меньше. Фазовая скорость света в среде может быть даже больше скорости света в вакууме. Но эта скорость не определяет скорость переноса энергии (скорость передачи сигнала). За это отвечает групповая скорость.

Я всегда путал фазовую и групповую скорость, поэтому если я ошибаюсь в названиях - прошу меня простить. Когда я написал "В общем случае скорости света и в вакууме и среда равны." - я имел ввиду, что скорость каждого конкретного фотона в среде и в вакууме равны. Это следует из СТО. Прошу в дальнейшем не акцентировать на этом внимание.

Сообщение от zvm2 Объяснение уменьшения скорости распространения света в среде поглощением/испусканием фотонов - это очень простое, очень распространённое и совершенно неправильное объяснение.

Эм... поясните, пожалуйста.
Концепция поглощения/испускания частиц переносчиков типов взаимодействия лежит в основе всех квантовых теорий. Т.е. другими словами если Вы допускаете, что фотоны взаимодействуют с атомами среды, то согласно квантовым теориям Вы должны допустить процесс поглощения фотона на первом этапе. Это Вам не механика где частицы могут столкнуться и разлететься по сторонам. В микромире нет понятия силы и элементарный акт взаимодействия осуществляется единственным возможным процессом поглощением/испусканием частиц переносчиков взаимодействия. В квантовых теориях других возможностей взаимодействия нет.

0

Сообщение от Ilot Сообщение от zvm2 Ни капельки. В первом сообщении речь про реальный фотон (фотон в реальном состоянии). Во втором - про виртуальный фотон. Впрочем, вы и сами это прекрасно знаете. Согласного принципа тождественности частиц виртуальные и реальные фотоны не различимы.

Реальный фотон лежит на массовой поверхности, а виртуальный - нет.

Сообщение от zvm2 Вот именно, окружён шубой из фотонов в виртуальном состоянии. Реальный фотон электроном излучиться/поглотиться не может - такой процесс нарушал бы целую кучу законов сохранения. Каких например?

Например, закон сохранения спина.

К слову первой задачей при изучении квантовой электродинамики рассматривают рассеяние фотона на электроне и согласно основной диаграмме процесса рассеяния фотон поглощается электроном, а затем испускается другой фотон.

Вот только электрон между актами поглощения и испускания фотона является виртуальным.

Еще раз - согласного принципа тождественности частиц виртуальные и реальные фотоны не различимы.

Принцип тождественности частиц - это совсем о другом.

И к слову Вам знаком эффект Вавилова-Черенкова? Помнится излучение возникает аккурат из-за того, что зараженная частица "обгоняет" в среде свою кулоновскую шубу виртуальных фотонов, которые не успевают поглотится испускающей их частицей и излучаются в заднем световом конусе как свободные частицы.

Знаком. Какое-то у вас убогое "объяснение" эффекта. Вроде замедления скорости распространения света от поглощения/излучения фотонов атомами.

я имел ввиду, что скорость каждого конкретного фотона в среде и в вакууме равны. Это следует из СТО.

Совершенно верно. Но следует помнить, что скорость фотона - это не скорость распространения света.

Сообщение от zvm2 Объяснение уменьшения скорости распространения света в среде поглощением/испусканием фотонов - это очень простое, очень распространённое и совершенно неправильное объяснение. Эм... поясните, пожалуйста.

Пожалуй, приведу ссылку: https://dzen.ru/a/YX7WrJMSHzVsYQSo .
Обратите внимание на попытку объяснения через квазичастицу поляритон ("фотон + фонон"). Именно поток поляритонов является световым потоком в среде. А масса поляритона уже не ноль, и он не обязан двигаться с фундаментальной (инвариантной) скоростью.

Концепция поглощения/испускания частиц переносчиков типов взаимодействия лежит в основе всех квантовых теорий. Т.е. другими словами если Вы допускаете, что фотоны взаимодействуют с атомами среды, то согласно квантовым теориям Вы должны допустить процесс поглощения фотона на первом этапе. Это Вам не механика где частицы могут столкнуться и разлететься по сторонам. В микромире нет понятия силы и элементарный акт взаимодействия осуществляется единственным возможным процессом поглощением/испусканием частиц переносчиков взаимодействия. В квантовых теориях других возможностей взаимодействия нет.

Это банально.

0

Сообщение от zvm2 Пожалуй, приведу ссылку: https://dzen.ru/a/YX7WrJMSHzVsYQSo . Обратите внимание на попытку объяснения через квазичастицу поляритон ("фотон + фонон"). Именно поток поляритонов является световым потоком в среде. А масса поляритона уже не ноль, и он не обязан двигаться с фундаментальной (инвариантной) скоростью.

Очень хорошо, что вы знакомы с понятием фононов. Просто я думал писать об этом или нет.
Только вот тут не задача у Вас вышла. Поляритон или фонон физически это колебания решетки, а не какой не поток, а масса поляритона это приведенная масса ионов кристаллической решетки. Рекомендую почитать нормальные книги по которым, к примеру, я сам учился - Давыдов Теория твердого тела, а не всякие левые статьи и разобраться в сути процесса.
В процессе нашей дискуссии я прихожу к выводу, что Вы уважаемый слабо знакомы с квантовой механикой. Не хочу Вас обидеть, но Вам стоит немного подучить квантовую электродинамику и физику твердого тела. Напомню, я закончил кафедру теоретической физики. Поэтому будьте добры ведите дискуссию на должном уровне - я пойму Ваши доводы. Выражения на подобии "Это банально." - это, друг мой, не серьезно.
p.s. Хм.. кстати очень странно, что Вы приводите пояснение ссылаясь на рассеяние фотонов на фононах, но при этом забываете, что описание процесса рассеяния выполняется в рамках вторичного квантования. Опять сами себе противоречите.

Добавлено через 21 минуту

Сообщение от zvm2 Какое-то у вас убогое "объяснение" эффекта. Вроде замедления скорости распространения света от поглощения/излучения фотонов атомами.

Сообщение от zvm2 Пожалуй, приведу ссылку: https://dzen.ru/a/YX7WrJMSHzVsYQSo . Обратите внимание на попытку объяснения через квазичастицу поляритон ("фотон + фонон"). Именно поток поляритонов является световым потоком в среде. А масса поляритона уже не ноль, и он не обязан двигаться с фундаментальной (инвариантной) скоростью.

Друг мой, а Вы понимаете, что поляритон - это и есть набор колебаний кристаллической решетки, с энергией передаваемой непрерывным процессом обмена фотонами? Это разве не то о чем я говорил с самого начала? У меня складывается впечатление, что меня тут совершенно не понимают...

0