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光の速度は不変なのに物質中ではなぜ変わるのですか
光の速度は観測系に関係無く一定だと良く書いてあります。しかし物質中では（例えば水中）遅くなります。こんなに絶対的な光速度が物質中では簡単に速度が変わる理由が解りません。方程式で波長が短くなるからという説明ではどうもピタッときません。一つ一つの粒子にぶつかりながらも一部は元の速度で物質内を駆け抜けると思うのですが・・・ 物質に分極のエネルギーを配達している間に時間がかかるというのも 平均的なエネルギーの移動はそのとうりかも知れませんが、薄まっても前に走る光のエネルギーがあってもおかしくないと思って悩んでいます。ご回答よろしくお願いします。
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物質の中を通って出てくる光は、もとの光そのものでは ありません。光子が物質と相互作用して、吸収されたり 新たな光子が放出されたりしながら出てくるのです。 物質中でも、光子が移動している速度は変化していま せん。 ただし、これら過程によって、光の位相は変化しま す。 「物質中で光が遅くなる」というのは、こういった微視 的な現象を無視して、物質に入る光、そこから出てくる光 の位相を比較してみたときに、物質中での光の速度が遅く なると考えて計算した位相の変化と同じになるということ です。つまり、見かけ上光が遅くなったに過ぎません。 ということで、特殊相対論の光速度不変の原理と、 幾何光学（高校の物理で習う範囲の光学）における 物質中の光速度の変化は矛盾していません。 ファインマン物理学に詳しい説明がかかれていますので、 興味があるなら読んでみてください。
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- omi3
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光は絶対不変、相対性原理の根本、みたいなイメージですよね。 電磁波は、電場と磁場が直交しながら振動して空間を伝わるのですが、 その途中に物質があると、電場の振動が遅くなってしまい、 光の速度も、簡単に遅くなります。
補足
明瞭なご回答ありがとうございました。＞電場の振動が遅くなってしまい＜というところですが光の振動数が変わらないという前提を書き忘れました。スミマセン。この場合のスピード変化に対する質問です。振動間隔は変化しないにしてもそのエネルギー供給スピードはご指摘のように変化するような気がします。しかし電場の入れ物を磁場のエネルギー箱から全部頂くまで待つ必要も無いと思うのですが・・・
- OsieteG00
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前提が違っていますね。 >光の速度は観測系に関係無く一定 ではなく正確には >光の速度は「真空中では」観測系に関係無く一定 です。 >一つ一つの粒子にぶつかりながらも一部は元の速度で物質内を駆け抜ける これこそが物質で屈折率が違う原因なのです。つまり、屈折率によって相互作用をする大きさが違うので光の速度が変わるのです。
一般相対性理論だと 光の速さは一定だが重力によって空間がゆがむので外からの観測者には速さが違って見えるんじゃなかったでしたっけ？
お礼
専門家の方に大変わかりやすいご回答を頂きありがとうございました。 すべての光子が周波数（エネルギー）を不変に保ちながら吸収放出を繰り返しながら出てくるというのは少し勉強してみたいと思います。しかし＞もとの光そのものではありません＜ということは良く理解できました。問題を整理して再度質問させていただきます。その際にはよろしくお願いいたします。ありがとうございました。