Wenn Licht durch ein physikalisches Medium wandert, verlangsamen sich die Photonen nicht wirklich. Sie bewegen sich immer noch mit Lichtgeschwindigkeit. Was es so aussehen lässt, als würde es langsamer werden, sind die Wechselwirkungen zwischen den Photonen und dem physikalischen Medium.

Zum Beispiel können die Elektronen in Atomen Photonen absorbieren und in einen Zustand höherer Energie übergehen und die Photonen dann wieder emittieren, wenn sie in ihren normalen Energiezustand zurückkehren.

Wie lange es zwischen Absorption und Emission der Photonen dauert, bestimmt, wie schnell sich das Licht durch ein Medium bewegt.

Aber wenn Photonen absorbiert und wieder emittiert werden, warum haben sie (Photonen) in die gleiche Richtung wieder emittiert werden? Warum keine Richtung?

Wenn die Photonen wirklich vollständig von den Atomen absorbiert würden, würde man dies erwarten. Man würde auch erwarten, dass einige Photonen gegen mehr Atome und einige gegen weniger stoßen und daher manchmal lange brauchen, um das Medium zu durchlaufen, und manchmal in ziemlich kurzer Zeit. Dies ist jedoch nicht das, was Sie tatsächlich messen. Die Photonen benötigen immer die gleiche Zeit, um sich durch das Medium zu bewegen. Die Photonen werden tatsächlich nicht vollständig absorbiert, man kann sich vorstellen, dass sie "praktisch absorbiert" sind. Sie folgen jedem möglichen Weg und interagieren mit allen Atomen. Die Pfade, die sich nicht aufheben, entsprechen den wahrscheinlichsten Pfaden, auf denen sich das Photon bewegt. Wenn Sie alle diese Wellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, mathematisch addieren, erhalten Sie eine Welle, die sich langsamer bewegt.

Wenn Licht durch ein transparentes Medium fällt, sinkt die Geschwindigkeit unter c und ergibt einen Brechungsindex:

Die Photonen bewegen sich immer mit der Geschwindigkeit c. Licht entsteht aus einem Zusammenfluss einer großen Anzahl von Photonen in einer quantenmechanischen Überlagerung ihrer Wellenfunktionen.

Das Rätsel ist gelöst, weil Photonen mit Atomen und dem Gitter selbst elastisch streuen können und innerhalb des Impulses, den sie als Licht aufbauen, längere Wege zurücklegen als der klassisch definierte optische Lichtstrahl, der hat die reduzierte Geschwindigkeit.

Diese einzelnen Photonenstreuungen sind im Sinne von Feynman-Diagrammen virtuell, wobei die realen Photonen diejenigen sind, die vom Auge oder einem Detektor erfasst werden. Sie sind elastisch, weil sich die Farbe in klarem Glas nicht ändert (lassen Sie es uns einfach halten)

Elastische Streuung bedeutet, dass die Phasen erhalten bleiben und somit Bilder übertragen werden können.

Wenn die Streuung unelastisch ist, verlieren die De-Anregungen des angeregten Atoms oder Gitters die Phasenbeziehung der Photonen und somit werden keine Bilder übertragen.

Eine quantenmechanische Sichtweise ist, dass das System "Photon + Gitter" analog zum System "Photon + Doppelspalt" ist: Die einzelnen Photonen bewegen sich auf einem größeren Weg, gemessen von der Mitte zwischen den Schlitzen bis zum Punkt auf dem Detektor. In transparenten Medien gibt es eine quantenmechanische Lösung, die die Phasen zwischen den einzelnen Photonen, die das austretende Licht aufbauen, beibehält.

Sie sollten sich daran erinnern, dass Photonen keine Ruhemasse haben, sodass eine (im Wesentlichen) sofortige Änderung der Geschwindigkeit möglich ist.Es gibt jedoch Nahfeldkanteneffekte an den Grenzen, die wahrscheinlich berücksichtigt werden sollten, so dass es nicht ganz so einfach ist.