光在介质中的速度决定于什么?

希望从很微观的角度给予回答。

光速不变原理:既然光速恒定,为何在不同介质中,速度存在差异?

我们知道爱因斯坦相对论的一个重要理论基础,那就是“光速不变原理”,所谓光速不变原理,也就是说对于宇宙当中的任何一个参考系,光速都是恒定不变的299792458米每秒。而光速不变原理是一条“公理”,不能证实而只能被证伪。可是如果光速真的是恒定不变的,那么为何光在穿过一些不同的介质的时候,速度会发生变化,因而方向也会产生偏折呢?

这就要说到光在不同介质当中传播的方式了。我们知道光在真空当中传播,没有任何的介质,速度非常的快,但是光在许多的介质,比如液体,玻璃,气体当中,速度可能就会“变慢”——实际上并不是光在这些介质当中的速度变慢了,是光在这些介质中传播的方式,和光在真空中传播的方式,并不是同样的一种方式,所以才会导致光速在不同介质中会变慢。

光在介质中传播,需要经历一个“吸收-释放-吸收-释放”的循环过程,直至穿越整个介质。所谓吸收和释放,就是光在传播经过这些介质的组成的基本粒子时,与这些基本粒子发生相互作用,被吸引的过程。我们不妨用一个现实生活中的例子来作比喻:轿车和公交车,行驶过同样的路程,忽略公交车加速减速时的速度变化,轿车是从起点到终点的直达,而公交车则需要在每个车站停留一段时间,最终导致公交车耗时比轿车久,也就是说公交车走得慢。

光在不同的介质中传播的过程,也就可以看做是公交车在车站需要停顿的过程。我们知道光子是一种非常活跃的粒子,很容易和其他的基本粒子发生相互作用。比如太阳内部热核聚变反应生成的光子,要在太阳内部经过几百万年的传输,才能够抵达太阳表面,然后再用8分30秒传输到地球上。而在一种“玻色-爱因斯坦凝聚态”的物质当中,光速的传播速度几乎能够达到“静止”,就是因为这种物质,把光吸收之后,就不再把它释放出来了,所以才相当于光速“静止”。

宇宙当中还有许多奇妙的物理现象,有些是人类科学能够解释的,而更多的则是人类科学无法解释的。不过随着人类科技水平的不断发展和进步,人类终有一天,能够更加深入地了解宇宙当中事物的基本规律,了解这个宇宙的本质。

光速不变原理:既然光速恒定,为何在不同介质中,速度存在差异?

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第1个回答  2007-02-16
看介质的折射率n。光在介质中的速度=光速c/折射率n。
折射率越大光速越小。
而介质的折射率又有更深层的决定机制。麦克斯韦的电磁波方程推论出,介质折射率 = 根号下(介质介电常数*介质磁导率)。
对于大多数物质,磁导率约为1。因此 介质介电常数越大,光在其中传播速度越小。

而介电常数又有其更深层决定机制。
1)光的频率越大,介电常数越大。(因此紫光在介质中传播速度小于红光,折射也越严重)。
2)介质单位体积内分子数越多,介电常数越大。
3)介质分子由于外电场作用越容易发生极化(正负电中心分离),介电常数越大。本回答被提问者采纳
第2个回答  2007-02-16
我想宏观的角度你也应该清楚,,微观角度我只说一下自己的观点.
介质粒子对光波是一种阻碍,故会减慢光速;真空里已全无阻碍,所以那里的光速最快;没有可以加速光波的介质,所以不能让光速变快。 可以这样来粗浅的理解介质中光速变慢:其实分子原子之间的地带也是真空,光子在这里穿越时也是以真空中的光速,但光子会被原子分子拦截下来停留片刻再放行,就像汽车经过收费站那样,所以,平均来说,光在介质里的速度变慢了。
还有一种观点就是光速其实没有变,不论在什么介质里.教科书上说光穿过玻璃的速度小于穿过真空的速度,其实光同样的距离S,光在真空里是走S,可是在玻璃里面就走了大于S的距离,所以算起来光速会变慢.从微观角度说太深傲,我也是不能全想到,一点拙见,希望对你有用
第3个回答  2007-02-16
要解释这个并不困难。

首先,引力会使光弯曲。虽然习惯于欧几里德几何的我们认为它是弯曲的,实际上光走的已经是它能找到的最短路径。因为物质的存在使它周围空间产生了弯曲。

如果没有物质,光走过会走直线,如果周围充满物质,光只能弯弯曲曲地走。虽然因为原子非常多,光束总体上方向不会改变,但是光实际上多走了很多路程。
第4个回答  2007-02-16
光是一种电磁波,它的折射反射定律都遵循电磁波的性质。
电磁波的折射反射定律是有迈克斯韦方程推导出来的。在界面上运用由迈克斯韦方程组推导的边界条件,可以具体算出电磁波的折射和反射情况。甚至可以算出具体的折射反射的数量。而且还可以具体的全反射角和布儒斯特角等等。
不同的物体折反射性质不一样关键就是方程中的介点常数不同造成的。也能影响光在不同介质中的传播速度。
这是大学 电动力学 的内容。详细推导太麻烦,你可以自己看书。