A gravitáció fényév sebességű vagy azonnali?

#Mojjo

Szó sincs Fermat-elvről.

A fénynyaláb klasszikus fzikai fogalom. Időben harmonikusan változó elektromágneses hullám (monokromatikus esetben), illetőleg ilyenek összességeként előálló hullámvonulat (polikromatikus esetben), amely egy optikailag áteresztő közegbeli semleges, de polarizálható szórócentrumok (atomok és molekulák) gerjesztésével másodlagos hullámokat generál, amely szórt hullámok az eredeti haladási irányban erősítést, más irányokban nagyrészt, de nem kizárólag kioltást produkálnak. Ezért tűnik úgy, hogy a fény abban az irányban halad tovább, mint ahogy eredetileg érkezett (merőleges beesés esetén). Azonban a szórócentrumok által generált mezők további atomokon szóródva eljátsszák ugyanezt újra és újra - ez a folyamat pedig időbe telik, ezért tűnik a fényhullám haladása ilyen közegekben a vákuumbelinél kisebbnek.

Természetesen a fény-atom kölcsönhatás kvantumszinten mindig fotonok révén valósul meg, azaz a fenti kép egy egyszerűsített, klasszikus fizikai modell, amely azonban azért előnyös, mert a közegbeli fény hullámtermészetét meg lehet vele magyarázni, és igazodik ahhoz a szinthez is, amelyen vizsgálódni és mérni tudunk - ti. mi a makroszkopikus fénynyaláb terhedését, keresztmetszetét mérjük, nem az egyedi atom-foton kölcsönhatásokat. Ez utóbbi nyilván sokkal nehezebb volna. De a lényeg, hogy a kölcsönhatások bizony ilyen elemi folyamatok révén valósulnak meg, és igen, a besugárzó fotonok elnyelődnek az atomokkal és molekulákkal való kölcsönhatás (pontosabban a bennük található elektronokkal való kölcsönhatás) során, ahogy azt a vonatkozó Feynman-diagramok is ábrázolják, majd újra kisugárzódnak.

A haladó fény, mint elektromágneses sugárzás, vagy- ha úgy tetszik - a repülő fotonok (bár ez kissé fals kép) mindig a vákuumbeli fénysebességgel halad(nak), csak az állandó foton-atom kölcsönhatások révén a teljes tovaterjedő hatás, mint makroszkopikus fénynyaláb, az halad a vákuumbeli fénysebességnél lassabban.

Az űrben a por- és gázködökön kívül azonban nincs olyan közeg, mint a víz vagy üveg, vagy bármilyen átlátszó polimer, ahol a fény lelassulhatna, maximum egy-egy töltött és mozgó részecske, amelyek a csillagokból felénk haladó fény esetében legfeljebb egy-egy fotonnal hatnak kölcsön. Ezek a fotonok rugalmalanul ütközve más irányban és energiával szóródnak tovább, de a teljes fénynyaláb haladását nem befolyásolják. Itt tehát nincs szükség a fentebb körülírt klasszikus fizikai modellre, mert egyrészt nem nyugalomban lévő, semleges szórócentrumokhoz rugalmasan kötött elektronokról van szó, amelyeken szóródna a fény, hanem nagyjából össze-vissza száguldozó tölött részecskékről (elektronokról és protonokról), amelyekbők a csillagszél áll, de amelyek összehasonlíthatatlanul ritkább "közeget" alkotnak a vízhez vagy üveghez képest.

Egy-egy fotonszórás pedig nem befolyásolja a fényterjedést.

@11:

Köszönöm a választ!

Fontos elmondanom, hogy bár úgy tűnhet, kötekszem, kifejezetten örülök az ilyen jó és színvonalas válaszoknak, mint ez is. De azért még hadd üssük kicsit a vasat :)

A Fermat elvnek olyan értelemben van fontossága itt, hogy a fénysugár mozgását ezen elv alapján lehet számolni, így ha meg akarjuk érteni a fény lelassulásának és törésének a jelenségét, választ kell találni arra, miért pont ez alapján történik ez.

Természetesen azzal tisztában vagyok, hogy a fénysugár klasszikus fizikai fogalom, és eszerint kell őt tárgyalni, míg a foton nem. Viszont a kétféle tárgyalásmód bizonyos szinteken és jelenségeknél nem adhat tökmás eredményt.

Akárhogy nézem, és akárhogy tudunk Fermat-diagramokat rajzolgatni hozzá, akárhogy tudunk klasszikus fizikai magyarázatokkal élni, ha egy atom (ill az elektronjai) elnyelnek és újra kibocsátanak egy fotont, az újra kibocsátott foton teljesen random irányba fog haladni. És ha a fotonok az égvilágon minden irányban haladnak az átlátszó közegben, akkor a fénnyaláb nem haladhat nagyon jól meghatározott irányba.

Nem nagyon szoktam egy GYK-s eszmecsere kedvéért googlezni, most viszont megtettem. Egyrészt mert rádöbbentett a kérdés, hogy egy teljesen alapvető folyamat miértjében nem vagyok teljesen biztos, ami mégiscsak kellemetlen, másrészt mert nem igazán tudom elfogadni ezt az elnyelős, újra kibocsátós, meg szóródós választ.

Nem fogok hazudni, a legtöbb helyen pont ezt írták, mint te. Viszont megtaláltam ezt a videót is:

[link]

Ha esetleg rá tudnál nézni (nem sürgős, időm, mint a tenger), azt megköszönném. Nem egy laikus magyaráz benne, hanem egy egyetemi tanár és aktív kutató. És ugyanazt mondja mint én: azt, hogy a szóródás, ill elnyelődés, újra kibocsátás hülyeség. Pont azon okból, amit én is mondtam.

Tudom, eltértünk nagyon a tárgytól, de úgy gondolom, alapvető jelentőségű ezen folyamatok megértése - a kérdés szempontjából, meg amúgy is.

Amúgy csak, hogy egyértelmű legyen: nem kardoskodom amellett, hogy lelassul a fény a vákuumban. Sőt, biztos vagyok benne, hogy nem, hisz ha így lenne, a különböző EM sugárzások különböző sebességgel verekednék magukat át rajta, aminek semmi nyoma. De ettől még a kapcsolódó jelenségkör nagyon nem tiszta.

#Mojjo

A foton elnyelődése és újra kibocsátása nem egyedileg történik minden atomra. Nem tudom, mennyire ismered a kvantummechanikát. Bár a részecskék elnyelődése és keletkezése nem kvantummechanikai, hanem kvantumtérelméleti folyamat, a lényeg a kvantummechanikai ismeretek alapján is megérthető.

A bejövő fény hullámként viselkedik, és a fotonoknak az atomokkal (vagy egyéb szórócentrumokkal) való kölcsönhatása is ezen a szinten érthető csak meg. A fotonok nem egyedileg szóródnak az atomokon, hanem a fényhullám - illetve, ha úgy tetszik a foton egyfajta valószínűségi hulláma - az, ami szóródik. A szóródás kvantummechanikai szinten a hullámok szóródását jelenti, és ez is az, ami kiszámolható, a sok atomon való szóródás eredménye pedig egy interferenciakép. Az egyes atomokról való szóródást egy komplex valószínűségi hullám írja le, amelyek amplitúdói összeadódnak egymással és a bejövő hullámmal is (ez az interferencia), és az eredő amplitúdóeloszlás abszolútérték négyzete adja meg a fotonok detektálhatósági eloszlását is. Az egyedi fotonok szóródása persze véletlenszerű, de igazodik az interferenciaképhez, és a kioltási irányokban nem észlelhető foton. Egy rácson áthaladva a fény olyan szórási mintázatot kelt, amelynek köszönhetően a fotonok nagyrészt abban az irányban haladnak tovább, amilyen irányban eredetileg is. De nem csak abban, ezért látni pl. egy üvegben terjedő fénynyalábot oldalról is.

A belinkelt videó nem mond ennek ellent, csak a magyarázat során megmarad a klasszikus fizika szintjén, amit gyakorlatilag mindenki tanult az iskolában. A videóban említett másodlagos hullámok nem mások, mint azok, amelyekre egy korábbi válaszomban a rugalmasan kötött elektronok által kisugárzott hullámként hivatkoztam. Azonban részecske szinten ezek a hullámok az atomok által pillanatszerűen elnyelt, majd újra kisugárzott fotonokból állnak. Csak épp nem úgy kell elképzelni, ahogy te eddig elképzelted (meg ahogy a videóban az első hamis magyarázatként említik), hanem úgy, hogy a bejövő foton hullámként szóródik nemcsak egy, hanem több atomon is, és az eredő szóráskép az összes szórócentrumról szórt plusz a bejövő hullám interferenciájaként áll elő, és az így előállt mintázat szerint szóródnak a fotonok is.

Lényegében ugyanez van ebben a videóban is elmagyarázva:

https://www.youtube.com/watch?v=CiHN0ZWE5bk&feature=youtu.be

Plusz a végén még ott van egy polaritonos modell is megemlítve, mint egy harmadik lehetséges magyarázat.

@Mojjo

Nincs mit. :) Én is örülök, amikor értelmes hozzászólásokat vagy kérdéseket olvasok itt.

#17

A kettő közt semmi különbség nincs. Nem jellemzi jobban a téridőt a gravitáció terjedési sebessége, mint az, hogy benne az elektromágneses hullámok is ugyanakkora sebességgel terjednek. Sőt, már a gravitációs hullámok felfedezése előtt kiderült, hogy a fénysebesség kauzális korlátját is jelenti is a hatások terjedési sebességének, és az ennek keretet adó speciális relativitáselmélet éppen a klasszikus elektrodinamika fizikában betöltött helyének újragondolásán alapult az inerciarendszerek általános egyenértékűségének elfogadásával.

A vákuumban terjedő elektromágneses hullám is a tér(idő) egy saját tulajdonságának, a polarizálhatóságának köszönhető, ezért nem kevésbé tiszta "téridő" fogalom, mint a gravitáció(s hullám). Sőt, mint tudjuk, az elektrodinamika eleve relativisztikus, legfeljebb nem kovariáns alakban dolgozta ki Maxwell.