Czy można spowolnić fotony?

Fotony są składnikiem światła. Wiemy, że poruszają się ze stałą prędkością światła, która jest uniwersalną stałą fizyczną. Czy istnieje możliwość spowolnienia fotonów?

W próżni fotony zawsze poruszają się z prędkością światła. Prędkość ta to uniwersalna stała fizyczna. Foton nie posiada masy spoczynkowej i nie można go spowolnić. Można jednak zmienić jego energię oraz długość fali poprzez oddziaływanie grawitacyjne, co wynika z przewidywań ogólnej teorii względności Alberta Einsteina i co wykazali w 1959 roku Pound i Rebeka. Fotony przemieszczające się w kierunku źródła pola grawitacyjnego (na przykład w kierunku Ziemi) zyskują energię przez wzrost częstotliwości fali elektromagnetycznej z nim związanej, a fotony przemieszczające się w kierunku przeciwnym tę energię tracą. Prędkość fotonów jednak nie zmienia się.

Istnieje jednak sposób, by fotony poruszały się z mniejszą prędkością. Dzieje się tak w przypadku, gdy światło nie porusza się w próżni, a przechodzi przez materialne ośrodki (powietrze, wodę, szkło i inne substancje). W efekcie otrzymujemy zjawisko załamania światła. Co ciekawe, przy przejściu światła z jednego do innego ośrodka nie zmienia się częstotliwość fali. Zmienia się natomiast długość fali i jej prędkość. W ośrodkach materialnych fotony poruszają się z prędkościami mniejszymi od prędkości światła.

Jak bardzo światło spowalnia w ośrodkach materialnych?

Wszystko zależy od ośrodka, w które wpada światło. Jeżeli rozpatrzymy przypadek, gdy wprost z próżni, dla której współczynnik załamania światła wynosi jeden, światło wpada w atmosferę w warunkach normalnych, to mamy do czynienia ze spowolnieniem do około 99,97% pierwotnej prędkości. W przypadku szkła kwarcowego ta prędkość sięga już wartości 68,5%, a w diamentach aż około 41,3% pierwotnej wartości. Są to więc, jak widać, znaczne zmiany prędkości.

Ciekawostki

Kakaowiec i pokarm bogów