【問題】大家有沒有想過光在水中為何會變慢?

[NoOneThere 10]

光子當然沒有電荷

但當光子打到電子上時

光子的能量就會被電子吸收

光子就會變成電子的電位勢能

物體也會因為吸收了光子的能量而加熱

P.S.

事實上虛光子

也可以看做是一對正子及電子不斷相生相滅

光子既然沒有電荷

那麼光子到底是如何打到電子的?

是四大交互作用中那項?

假如沒電荷就不會產生靜電力，且位能是來自於力對路徑的積分

因此沒有力，也不會有位能

要討論光子打到電子後會如何反應

必須先搞清楚光子如何打到電子吧?

[NoOneThere 10]

其實我覺得光打入介質也許可以參考光電效應

hν=ψ+ Ek

只是一般介質的功函數較大，光的能量頂多導致價電子躍遷而無法使其游離

而當價電子重新從激發態躍遷回原來的穩定態時，又把光放射出去

不過這時又會產生一個問題了= =，放射出去的光的方向......

假如光打入介質是使用這個機制

那顯然只有頻率符合電子能階差的光子才能被吸收

因此光在進入介質時只有特定幾種頻率的光才會被吸收(或是最容易被吸收)?

但這個結果跟自然中的現象不太吻合

事實上不管是三菱鏡折射的光譜、水氣反射的彩虹，

都只是頻率越小、波長越長的光，折射率越小，

對於同一介質，並不存在某特定頻率折射率特別大或小的現象

[Edmund0610 10]

光子既然沒有電荷

那麼光子到底是如何打到電子的?

是四大交互作用中那項?

假如沒電荷就不會產生靜電力，且位能是來自於力對路徑的積分

因此沒有力，也不會有位能

要討論光子打到電子後會如何反應

必須先搞清楚光子如何打到電子吧?

光子是電磁交互作用力的介子

光子本身就是電磁交互作用力的最佳代言人

而電位勢能

的力來自原子核正電荷對電子的吸引力

因此離原子核越遠的電子電位勢能越大

因此當光子擊中電子時

某些頻率會使電子產生躍遷

就是因為光能轉變成電位勢能

P.S.電子的周遭到處都是虛光子

電子能吸收光子應該不足為奇吧

反過來說

電子還可以發出光子呢

[風幽靈 10]

有一個問題已經被提出很多次了，卻沒有人回答

=========

虛光子的概念是啥？如何定義？

[NoOneThere 10]

光子是電磁交互作用力的介子

光子本身就是電磁交互作用力的最佳代言人

而電位勢能

的力來自原子核正電荷對電子的吸引力

因此離原子核越遠的電子電位勢能越大

因此當光子擊中電子時

某些頻率會使電子產生躍遷

就是因為光能轉變成電位勢能

P.S.電子的周遭到處都是虛光子

電子能吸收光子應該不足為奇吧

反過來說

電子還可以發出光子呢

回歸原題

假如這個模型是對的話，那麼只有特定波長的光會被吸收吧

那麼其他波長的光又是如何被吸收而產生散射的?

[孤城 10]

我能問一個衍生出來的問題嗎？

像紫外線或者咖馬射線在水中速率也會變慢對吧？

那麼他們在穿透一般的物體(紙片、鉛版之類的......)的過程時速率也會改變嗎？

我想如果做實驗是可以很容易驗證啦，不過我手邊器材不足= =

[風幽靈 10]

水是介質，那些都是電磁波，你只是把這兩個東西代換一下，並不會改變答案

[孤城 10]

水是介質，那些都是電磁波，你只是把這兩個東西代換一下，並不會改變答案

那紙板也是一樣嘍？

[vincsh 10]

應該是吧...

[NoOneThere 10]

我能問一個衍生出來的問題嗎？

像紫外線或者咖馬射線在水中速率也會變慢對吧？

那麼他們在穿透一般的物體(紙片、鉛版之類的......)的過程時速率也會改變嗎？

我想如果做實驗是可以很容易驗證啦，不過我手邊器材不足= =

是的，電磁波在穿透"一般"的物體時，速率也會跟著變慢

但比較特別的是，假如他穿透的是導體

因為導體中有自由電子會受電磁波作用

電磁波在導體中，在很短的距離內能量就會消耗掉

消耗掉的快慢不僅與材料特性有關，跟電磁波波長也有關

同時在導體內，不同頻率的電磁波速度也會不同

[孤城 10]

假如光打入介質是使用這個機制

那顯然只有頻率符合電子能階差的光子才能被吸收

因此光在進入介質時只有特定幾種頻率的光才會被吸收(或是最容易被吸收)?

但這個結果跟自然中的現象不太吻合

事實上不管是三菱鏡折射的光譜、水氣反射的彩虹，

都只是頻率越小、波長越長的光，折射率越小，

對於同一介質，並不存在某特定頻率折射率特別大或小的現象

sorry我重新修改一下

我後來想所謂的吸收再放出，不應該是指電子躍遷，而是類似的動作

我想舉個例子說明比較好懂

假想你要把一顆鉛球丟到一層樓高的平台

若力道不夠，則其最後還是落回地面

但是過程中卻無法否認我們沒有對他做功

只是轉換成的位能太低，不足以使鉛球躍遷至二樓

電子把光能轉換成電位能也是一樣的

只是當能量不夠使其躍遷時，又把位能轉換回光能罷了

而且當光穿透介質時，為部分穿透，部分吸收，部分反射

如果吸收必定需要符合電子能階躍遷，那麼部分吸收照理來說也必須在特定波長才有此現象

我覺得可以把介質想像成無線多層介面，而在光穿透的過程中，不斷的反射、吸收和穿透

結合古典物理與近代物理

想像光子在穿透介質時會遇到阻礙，因此而減速(古典)

若符合此一假設，則粒子性越明顯的速度減慢也越明顯(近代)

而根據pλ=h，波長小的紫光因粒子性較紅光顯著，因此在介質中速度的改變量也較紅光大

似乎也剛好符合了上述的推論

[NoOneThere 10]

sorry我重新修改一下

我後來想所謂的吸收再放出，不應該是指電子躍遷，而是類似的動作

我想舉個例子說明比較好懂

假想你要把一顆鉛球丟到一層樓高的平台

若力道不夠，則其最後還是落回地面

但是過程中卻無法否認我們沒有對他做功

只是轉換成的位能太低，不足以使鉛球躍遷至二樓

電子把光能轉換成電位能也是一樣的

只是當能量不夠使其躍遷時，又把位能轉換回光能罷了

以上這樣應該就能比較符合事實

剩下的問題是，這個電子吸收能量的尺度大約是多少

是單個原子裡其中幾個電子的躍遷，還是整個原子中正所有正負電被拉開產生位能

或是分子層級裡不同鍵結距離改變的位能

而且當光穿透介質時，為部分穿透，部分吸收，部分反射

如果吸收必定需要符合電子能階躍遷，那麼部分吸收照理來說也必須在特定波長才有此現象

我覺得可以把介質想像成無線多層介面，而在光穿透的過程中，不斷的反射、吸收和穿透

結合古典物理與近代物理

想像光子在穿透介質時會遇到阻礙，因此而減速(古典)

若符合此一假設，則粒子性越明顯的速度減慢也越明顯(近代)

而根據pλ=h，波長小的紫光因粒子性較紅光顯著，因此在介質中速度的改變量也較紅光大

似乎也剛好符合了上述的推論

假設介質裡有三層介面，每層介面間隔距離為d

入射光射入之後，一部分光可以直接穿透過去，總共行經3d距離

另外一部分光，穿透第一層介面後，再第二層反射，反射回第一層後再反射，最後在穿透出去，行經距離為5d

另外一部份光，可能穿透第一層後，再二三層中重複反射十次，再由第三層後穿透出去，如此行經距離為13d

結果為，同一束光中，每部份所行經的光程不同，所以統計上每一部份在此介質中的光速都不同。又，我們知道，光的散射因為不同波長的光在介質中有不同速度，同理我們發現就算是同一波長的光，不同部分的光速也不一樣，那麼我們拿單一頻率的光經過三稜鏡是否也會產生散射?

另外關於粒子性強，為何受阻礙就會強。這方面可以再說的更詳細點嗎

[風幽靈 10]

"當能量不夠使其躍遷時"為何有位能轉換為光能的必然性？

我覺得會轉為熱能，因為熱能都是連續的

粒子性強=電場擾動頻率高

如果空間中既有的電場固定，那外界給予的擾動就是頻率越高越費力

[NoOneThere 10]

"當能量不夠使其躍遷時"為何有位能轉換為光能的必然性？

我覺得會轉為熱能，因為熱能都是連續的

粒子性強=電場擾動頻率高

如果空間中既有的電場固定，那外界給予的擾動就是頻率越高越費力

因為躍遷的是電子，電子傳遞能量的方式是靠電磁波

另外熱是一種巨觀的量，不適合用來討論微觀情況。只有一兩個粒子根本不存在溫度的概念

第二段應該不成立，至少電磁波的總能量主要是取決於振幅，而非頻率。

其實一值以來問題的重點在於沒有對電磁波能量的尺度有足夠的認識

並不是所有問題都需要用到量子力學的層級去解決，假如尺度夠大，已經可以說能量是連續，也沒有能階概念的。

光的波粒二像性指的是光同時有波和粒子的性質。

對於像是光電效應，用粒子性去解釋較好；對於繞射干涉，用波動性解釋較好。

假如光的所有性質都可以用光子的角度解釋出來，那何必承認光也有波動性?

[風幽靈 10]

嗯，我應該說動能，我覺得會讓它震動

電磁波的總能量主要是取決於振幅，而非頻率

嗯，我的說法有一個矛盾的點，就是當變數有振幅和頻率時，速率是正比於振幅也正比於頻率，不知道這邊該如何解釋

不過我說的費力是指干擾程度，是會讓它慢下來的因素(可能為重力或其他)

可是二象性的想法太模糊了...也很無聊

[NoOneThere 10]

嗯，我應該說動能，我覺得會讓它震動

電子震動的話，就會以放出電磁波逐漸把動能轉換為光能

嗯，我的說法有一個矛盾的點，就是當變數有振幅和頻率時，速率是正比於振幅也正比於頻率，不知道這邊該如何解釋

不過我說的費力是指干擾程度，是會讓它慢下來的因素(可能為重力或其他)

可是二象性的想法太模糊了...也很無聊

速度=波長 * 頻率吧 ，應該與振幅無關

另外除了電或磁本身，或是比這更基礎的東西，其他作用都無法直接影響電磁波本身。

[風幽靈 10]

電子震動的話，就會以放出電磁波逐漸把動能轉換為光能

這樣不就和你第86篇，對反射的推論一樣？

=========================

我因為不清楚電磁波在進入一個電場時會如何被干擾，所以就一個基本的出發點：場移動開始想

當光通過一個面時，光的震幅和頻率都同樣會影響到那個面的電場變化速度，所以如果我所說的干擾是如我想像，是藉由影響其變化速度而改變光的速度，那震幅就會有關係。

不過整個重點在於我不知道是如何干擾的

[fetters_904 10]

本人認為....

光內涵光量子，稱為光子，此光子被認為是有頻率的....然而在任一介質裡理所當然震動的頻率和所包含的能量有所不一，也許就能解釋，這些粒子在水中的震動頻率會小於在一般空氣的震動頻率吧。

哈...不確定是否正確，假如錯的話...誤怪....= =

[NoOneThere 10]

這樣不就和你第86篇，對反射的推論一樣？

=========================

我因為不清楚電磁波在進入一個電場時會如何被干擾，所以就一個基本的出發點：場移動開始想

當光通過一個面時，光的震幅和頻率都同樣會影響到那個面的電場變化速度，所以如果我所說的干擾是如我想像，是藉由影響其變化速度而改變光的速度，那震幅就會有關係。

不過整個重點在於我不知道是如何干擾的

我這邊只是解釋電子吸收、放出能量都是以電磁波的形式

並不是說光的反射散射折散是因為受電子吸收、放出的影響

86篇推論的前提是

1.光在介質中會發生一部分光和另一部分光分離的動作，例如部份反射，或部分速度變慢或部分被吸收再放射

2.並且 1.裡面的狀況發生次數多到產生巨觀上差異

假如說光的減速或散射或折射的主因是由於1.之中提到的的部分反射、部分吸收、部分變慢，那顯然他的影響夠使巨觀現象因此2顯然也成立。既然1、2兩項成立那顯然會出現同一種頻率的光仍然被分離的現象。

另外，要了解光和電場是如何干擾的，還是得去研究馬克士威方程式，因為那並不是簡單的某物理量和某物理量成正相關或負相關。而是同時和電場磁場在三維空間中的分布，和他對於時間的變化率，甚至是他再介質中再度感應出的電荷電流都有關係的。

[NoOneThere 10]

本人認為....

光內涵光量子，稱為光子，此光子被認為是有頻率的....然而在任一介質裡理所當然震動的頻率和所包含的能量有所不一，也許就能解釋，這些粒子在水中的震動頻率會小於在一般空氣的震動頻率吧。

哈...不確定是否正確，假如錯的話...誤怪....= =

一般來講光量子的意思，是指光的能量並不是連續的，不能切割分成無限多個光。而光最小的能量單位就是一個光量子，光量子所含的動能、動量是和光本身的頻率有關，而這道光帶有個總能量、總動量，就是光裡面所有光量子個別的動能、動量的累積。

至於光量子就算在不同介質中他的頻率還是一樣的喔，不過能量就真的不一樣了。不過到底是因為能量不同導致速度不同、或是速度不同導致能量不同、或是有其他原因同時導致兩者都不同、或者是兩者有各自的原因使她們不同，就有待討論了。

[清純小百合 10]

至於光量子就算在不同介質中他的頻率還是一樣的喔，不過能量就真的不一樣了。不過到底是因為能量不同導致速度不同、或是速度不同導致能量不同、或是有其他原因同時導致兩者都不同、或者是兩者有各自的原因使她們不同，就有待討論了。

很有意思的議題:E

[風幽靈 10]

我怎麼覺得有意思的是多層介面反射的想法...這個想法是探究現象而非原因

電子震動...那會跟氣體動力時探討到的分子速率有一樣的情況吧？

每個電子的震動速率不盡相同，而一個電子發出的電磁波頻率也可用一條曲線代表其可能性？

我並不知道電子震動這部份的東西，只是它讓我想到這些

[孤城 10]

假設介質裡有三層介面，每層介面間隔距離為d

入射光射入之後，一部分光可以直接穿透過去，總共行經3d距離

另外一部分光，穿透第一層介面後，再第二層反射，反射回第一層後再反射，最後在穿透出去，行經距離為5d

另外一部份光，可能穿透第一層後，再二三層中重複反射十次，再由第三層後穿透出去，如此行經距離為13d

結果為，同一束光中，每部份所行經的光程不同，所以統計上每一部份在此介質中的光速都不同。又，我們知道，光的散射因為不同波長的光在介質中有不同速度，同理我們發現就算是同一波長的光，不同部分的光速也不一樣，那麼我們拿單一頻率的光經過三稜鏡是否也會產生散射?

另外關於粒子性強，為何受阻礙就會強。這方面可以再說的更詳細點嗎

按原假設

先假設光在介質p速率為0.3c 介質q為0.4c 介質r為0.6c 真空中為c 而d的距離為1.2c

假設同時發生三種情況好了

路線1:光直接穿透，走了3d(p走d，q走d，r走d)

路線2:光穿透第一介質，然後反射回去，其在介質中所行徑的距離為2d(p走2d)

路線3:光穿透二層介質然後反射，回去時只經過一層介質就又反射，然後跟原入射方向相同穿透介質，行徑距離為5d(p走d，q走3d，r走d)

一光束朝此三層介質發射，當t=0時光束抵達p與真空之介面y=0處

t=4時

路線1:抵達p與q之間的介面y=d處

路線2:抵達p與q之間的介面y=d處

路線3:抵達p與q之間的介面y=d處

t=7時

路線1:抵達q與r之間的介面y=2d處

路線2:在p中y=1/4d處

路線3:抵達q與r之間的介面y=2d處

t=9時

路線1:抵達r與另一側真空之介面y=3d處

路線2:在原入射之真空y=-5d/6處

路線3:在q中y=4d/3處

t=15時

路線1:在另一側真空的y=8d處

路線2:在原入射之真空y=-35d/6處

路線3:抵達r與另一側真空之介面y=3d處

總之，我想說的是，在每層介面光穿透的量與吸收的量和反射的量比例大致固定

而雖然有些光並不是直接穿透介質或直接反射

但我們所觀察到的是那些穿透介質的光和反射回的光

統計上不會有速度不同的情況發生

至於粒子性強為何受到的阻礙就會較大

我想應該是從水波那邊得來的靈感

深水區水波速較快，淺水區水波速較慢，是因為週遭環境的牽制而有所不同

而粒子性較強也意味著其具現化較強(原諒我用著個詞)

則受周遭環境的牽制與擾動也就較強

[風幽靈 10]

想法成立的話三菱鏡怎麼辦...

具現化代表什麼

[NoOneThere 10]

按原假設

先假設光在介質p速率為0.3c 介質q為0.4c 介質r為0.6c 真空中為c 而d的距離為1.2c

假設同時發生三種情況好了

路線1:光直接穿透，走了3d(p走d，q走d，r走d)

路線2:光穿透第一介質，然後反射回去，其在介質中所行徑的距離為2d(p走2d)

路線3:光穿透二層介質然後反射，回去時只經過一層介質就又反射，然後跟原入射方向相同穿透介質，行徑距離為5d(p走d，q走3d，r走d)

一光束朝此三層介質發射，當t=0時光束抵達p與真空之介面y=0處

t=4時

路線1:抵達p與q之間的介面y=d處

路線2:抵達p與q之間的介面y=d處

路線3:抵達p與q之間的介面y=d處

t=7時

路線1:抵達q與r之間的介面y=2d處

路線2:在p中y=1/4d處

路線3:抵達q與r之間的介面y=2d處

t=9時

路線1:抵達r與另一側真空之介面y=3d處

路線2:在原入射之真空y=-5d/6處

路線3:在q中y=4d/3處

t=15時

路線1:在另一側真空的y=8d處

路線2:在原入射之真空y=-35d/6處

路線3:抵達r與另一側真空之介面y=3d處

總之，我想說的是，在每層介面光穿透的量與吸收的量和反射的量比例大致固定

而雖然有些光並不是直接穿透介質或直接反射

但我們所觀察到的是那些穿透介質的光和反射回的光

統計上不會有速度不同的情況發生

應該回顧一下一開始的問題

一開始的問題在於光為何在不同介質中速度會變慢

之後有人提出在不同介質中光會不斷被吸收再放出使統計速度變慢

之後修正為光在不同介質中，可視為介質中有無限多"介面"不斷反射吸收

而以上兩種模型講的是在"同一個介質"、"吸收並放出極多次"因而造成不同介質光速變慢

所以才會出現我提出的那個問題=>在同個介質中同頻率光仍然會色散

而你講的是光在不同折射率的不同介質中經過不同介面還是會保持自己速度

基本上跟我講的是不同的東西