Bromsning av ljus

Ljuset går långsammare i luft än vad det gör i vakuum, och ännu långsammare går det i glas. Jag funderade på om det kunde vara så att ljushastigheten i själva verket är konstant, men att ljuset färdas olika sträckor beroende på materialets täthet. Dvs om ljuset går i vakuum så går det rakt fram, men om det går genom luft så måste det ta en omväg runt varje molekyl som är i vägen.
I glas är molekylerna tätare än i luft, och följaktligen behöver ljuset gå ännu längre omvägar innan det kommer runt hindren.

Problemet är att om det gick till på detta sätt så borde ljuset spridas ut väldigt mycket istället för att gå rakt igenom ett tätt material.

Så är det någon som har en bättre förklaring på varför ljuset bromsas beroende på materialets täthet?

Ljuset färdas alltid med c men det "bromsas" pga upprepad absorbtion och emission i materialet.

kan det verkligen stämma, är inte riktningen ganska slumpmässig vid emission. då skulle ju skulle ju ljuset spridas lite hursomhelst eller?

tänker på då det går genom glas och diamant och sånt

Ja, i princip har du rätt. En foton rör sig alltid med ljusets hastighet, varken mer eller mindre, men en ljusstråle utbreder sig med lägre hastighet i olika medium på grund av vad man skulle kunna kalla omvägar och fördröjningar.

"I princip" har han rätt i invändningarna också. Hur förklarar man att de absorberade fotonerna sedan emitteras i exakt rätt riktning och hur kan fotoner som går omvägar, hitta rätt riktning igen?

Detta gäller vid spontan emission. Vid stimulerad emission har den utgående fotonen samma frekvens, fas, polarisation och riktning om den ingående.

Det bör kanske påpekas att i fasta material där atomerna är ordnade i en kristallstruktur, är det främst det "kollektiva" beteendet hos atomerna som bestämmer hur materialet växelverkar med inkommande elektromagnetisk strålning. Om det vore så att de individuella atomerna bestämde egenskaperna hos det storskaliga materialet, skulle det ha ett diskret absorbtionsspektrum eftersom atomer bara har diskreta energitillstånd. Att detta är inte fallet är sedan länge fastställt genom experiment; fasta material har i själva verket kontinuerliga absorbtionsspektrum. Detta beror på att det uppstår kontinuerliga "band" av energitillstånd hos det fasta materialet när atomerna ligger prydligt ordnade i kristallstrukturer med möjlighet till vissa kollektiva vibrationslägen som brukar kallas fononer. Om strukturen har ett vibrationsläge som motsvarar energin hos en inkommande foton, kan den absorberas och omvandlas till värme i form av en fonon i kristallstrukturen. Om det inte finns något ledigt vibrationsläge passerar fotonen genom materialet, dock med en liten fördröjning som beror på en snabb växelverkan mellan fotonen och jonkärnorna i kristallstrukturen. Detta är orsaken till att ljus saktar ned i kristallina material.

Vad gäller just glas så är det förvisso amorft och har ingen storskalig kristallstruktur, men av orsaker som är rätt komplicerade så kan dylika material ändå ha en energibandstruktur.

Se t.ex.
http://en.wikipedia.org/wiki/Physics_of_glass

Tack för ett mycket bra svar Dr. Wily !

Hur är det när man påverkar fotonerna med gravitation ifrån tex ett svart hål?

Låt säga att vi har ett svart hål på punkt A, och så har vi en stjärna som brinner på punkt B som ligger precis så långt ifrån punkt A att ljuset tar sig till oss på punkt C så att vi ser ljuset..

Då rör sig alltså alla fotoner ifrån punkt B till punkt C med en konstant hastighet som vi sätter ut som X.

När punkt B närmar sig punkt A så att gravitationen är precis på gränsen till att inte vara stark nog att "dra åt sig" fotonerna som rör sig från punkt B till punkt C..

Påverkar alltså inte gravitationen fotonernas hastighet alls? Då borde man ju isåfall när punkt B är så nära punkt A att fotonerna inte tar sig ifrån gravitationen, då borde det ju se ut som när man släcker en glödlampa. Eftersom fotonerna strömmade mot punkt C innan brytningspunkten övergicks och fotonerna då byter riktning? (I ljusets hastighet?)

För övrigt så skulle jag vilja ha förklarat för mig hur fotoner kan påverkas utav gravitation, utan att ha någon massa, samt varför mediumet ljuset färdas i är utav betydelse för hastifheten ljuset rör sig i om det är en konstant hastighet? Hur påverkas ljus utav ett medium av tex glas, studsar fotoner mellan atomerna?

enligt relativitetsteorin så är det själva rummet som är krökt pga gravitationen, och fotonerna följer den rakaste vägen vilket blir en krökt bana

så har då jag förstått det, men jag kan ha misuppfattat det.

Fast det förutsätter väl att atomerna i materialet är förbundna med varandra? Låt oss säga att man lyser igenom en fast ädelgas, vad händer då?

Jag har för mig att vi hade en uppgift angående detta i kvantelektronik/elektrooptik där man skulle visa hur brytningsindex bestäms av fotonernas energi, tillgängliga energinivåer i materialet och Heisenbergs osäkerhetsprincip.
Alltså att ljusets "bromsning" avgörs av hur nära fotonernas energi ligger de energier som behövs för att exitera elektroner i materialet. Ju närmare fotonernas energier ligger de energier som kan exitera elektroner i materialet, ju noggrannare behöver dess energi vara bestämd för att avgöra om de ska exitera eller inte. I och med att energin behöver vara bestämd så är tiden osäkrare, vilket ger exakt den "bromsning" som ger brytningsindex.

Men givetvis kan jag minnas fel - det var ett tag sedan.