作者mgtsai ()
看板Physics
标题Re: [问题] 光在水中变慢的根本原因 ???
时间Mon Apr 21 14:23:16 2008
光会前进，以数学的观点视之，是由於 Maxwell eq 是波动方程 (双曲方程)
其所推导出来的解，就具备波形会随时间前进的特性
* 在二阶偏微分方程中，仅双曲(波动)方程具备此一特性
而椭圆(位能)方程与抛物(热传导)方程均不具备此特性
以波动方程 Utt - v^2 (Uxx + Uyy + Uzz) = 0，v 即为波前进的速度
在真空中，v 即是光速，而在一般的介质中，由於受到物质中电子极化的影响，
所得出的波动方程中，v 的值会改变
当然，这样子的解释方式，是比较以巨观的角度来说明光速变慢的现象
但以微观的角度来看，就要开始试图去处理各别原子与电磁波间的交互作用
虽然微观上，电磁波仍然是以真空光速前进
但由於与各别原子的交互作用，所产生出来的巨观现象即是光速变慢
* * * * * * * * * *
我再举另一个例子来说明：waveguide (波导管)
卫星天线所使用的长方形 waveguide 为例，
waveguide 四周是高导电率的金属材质，中间保留真空 (当然在实务上是充满空气)
Waveguide 内部的中空部分是真空(空气)
以直觉判断，电磁波在 waveguide 内部好像会以光速前进
电机系大二/大三的学生在修电磁学时都有学过如何计算 TE 波，TM 波
电磁波在 waveguide 内部的速度会变慢，
即使 waveguide 内部是真空
会造成这样的状况，是因为 waveguide 四周金属表面的电子流动
改变了 waveguide 内部的电磁场，导致电磁波前进的速度变慢
如果想与电磁波的前进速度是光速这件事有所连结
用不太精准的话解释 (我个人是不喜欢这样的解释方式，因为会误导)
就是电磁波 waveguide 内部并不是直接顺着传导方向前进
其前进路线是以锯齿状於 waveguide 金属壁之间来回反弹
----------------------------------
↗↘ ↗↘ ↗↘
↗ ↘ ↗ ↘ ↗ ↘ → waveguide 的传导方向
↘↗ ↘↗ ↘
----------------------------------
即使电磁波沿锯齿状路径的前进速度是光速
但沿着 waveguide 传导方向的前进速度则小於光速
--
※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 60.250.129.52
1F：推 bbsjjlu:赞! 04/21 14:55
2F：推 ncuarthur:群速度小於光速，相速度大於光速 04/21 14:59
3F：推 jjsakurai:该m 04/21 15:06
4F：推 microball:推:P 04/21 15:35
5F：推 jimiras:真强者!! 04/21 16:24
6F：推 MicroB:请教一下 那玻璃呢? SiO2是绝缘体不易极化 光速却变慢说 04/22 16:54
7F：→ MicroB:如果不像waveguide一样有特殊形状 都是以一整块如水 玻璃 04/22 16:55
8F：→ MicroB:那是否极化率和光速成相反趋势 和折射率成同向趋势呢? 04/22 16:56
9F：→ jjsakurai:容不容易被极化 跟组成分子有关 与是否是绝缘体无关 04/22 18:05