光が屈折する根源的な理由

質問

屈折率(誘電率)を定義すると光の屈折は説明されるということは高校生でもわかります。

では、なぜ屈折が起きるか細かく説明できる方いますか？

回答No.5

tetsumyi

光が直進するからです。
電磁場として空間を考える時、屈折した経路が最短となるために屈折したと見えるだけです。
光から見れば、この経路が直進することになる。
http://optica.cocolog-nifty.com/blog/2009/12/post-33fd.html
光を波として考えるのは間違いです。

お礼

ご回答ありがとうございました。

回答No.4

leo-ultra

＞＞物質中では光（のようなもの）の伝播速度が真空中と異なる（遅い）値を取るから

> これは端的に説明される場合よく行われる記述ですね。

１）お気に召さないかもしれませんが、非常に感覚的な説明は、

　　C1｜Light＞＋C2｜excitation> 　　(2)

　　固体中で光と相互作用してなんらかの固体の励起状態（(2)式の第２項）
　　（フォノン、励起子、プラズモン等）
　　の伝播速度は光に比べて遅い（多くの場合、とても遅い）ので、

　　それらの混成波である(2)の伝播速度は、第一項と第二項の伝播速度の中間の値になるだろう。
　　よって光速より遅くなる。

２）同じことを別の言葉で言います。
　　固体中では(2)のような混成波ができるわけですが、Polaritonと呼ばれます。
　　　これがキーワードかもしれません。

　　 一番簡単なフォノンと光のPolaritonはKittelの固体物理入門に載っています。

　　伝播速度は、分散関係（縦軸エネルギーE、横軸：波数ｋの図）の定数を除いてdE/dkで与えられます。

　　光の分散関係は、いわゆるLight coneで原点を通る直線で、伝播速度（微分）は常に光速ｃです。

　　励起の分散関係のdE/dkはCに比べて小さいです。

混成波をつくると、励起の分散関係が載ってきて、光の分散関係と交差するあたりで
　　反発しながらつながります。

　　よって、混成波の分散関係のdE/dkもCよりも小さくなります。

お礼

ご回答ありがとうございます。

確かにキッテルにはそのようなことがあったような気がします。
しかし「根源的」とは言い難いようです。

できれば素過程などの詳しい資料があればいいんですが。。。

回答No.3

leo-ultra

物質中では光（のようなもの）の伝播速度が真空中と異なる（遅い）値を取るからではダメですか？

真空中では｜Light＞　(1)　　という状態が、物質中では

C1｜Light＞＋C2｜excitation> (2) （第2項は仮想励起かもしれないけれど）

となっていて、(1)と(2)の伝播速度が必ず一致する理由がない。

まあ、(2)の方が遅いだろうな。

お礼

ご回答ありがとうございます。

＞物質中では光（のようなもの）の伝播速度が真空中と異なる（遅い）値を取るから

これは端的に説明される場合よく行われる記述ですね。
相対論的量子力学の入口(Dirac方程式)くらいまでならわかるので、専門的に答えてもらって結構です。
それか、参考文献があればそれも添付してもらえればと思います。

回答No.2

meowcoooo

屈折はホイヘンスの原理の
素元波を使って説明されるのが一般的ですが、

波が進む媒質が変わると速度(または波長)が変化します。
斜めに入射すると
同じ波面を考えると媒質に入る時に
時間差が生じます。
つまり同じ面で速い、遅いが発生し回転、
屈折します。
なので垂直に入射した場合は屈折は生じません。

補足

強いて言えば、境界の場に時間の概念を導入するとしたらどういった数式になるのでしょうか？

回答No.1

oo14

波の密度に応じた伝播速度でなにがなんでも説明してしまえばなんとかなりませんか？
現象という実態にあわせ、つじつまをあわせることで、それを有効利用するというのが
光学じゃなかった工学。
本当のことなんかだれも知らないのに、見てきたような嘘を付けないのです。
使いこなせればよいという考え方をとるか。
うそでも、それを否定する説明ができないという理由だけで、真実だと言い張るか。
でも後者のような人がおれば、その方はほとんど気が狂っているというか、
すくなくとも真摯な姿勢ではないです。

お礼

すみませんが、工学ではなく物理学の質問ですので、お察しください。