【官方双语】折射率4问4答 | 光学谜题4

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Description
光为什么会折射?光难道能比“光速”还快?什么是双折射?蔗糖为什么会有旋光性?
How light can appear faster than c, why it bends, and other questions | Optics puzzles 4
https://youtu.be/Cz4Q4QOuoo8
翻译: 蛋卷 校对: 爱浪的小皮虾 ZSC 时间轴: 愚者 博美子

笔记本: https://3b1b.co/store 
感谢观众的支持: https://3b1b.co/support 
一键三联与分享,也是最大的支持!

0:00 - 为什么光的减速导致角度的偏折?
3:36 - 复习光为什么会减速
5:08 - 双折射率现象
6:19 - 回到彩虹灯带
8:20 - 折射率小于1的情形

Comments

cyanopicapica 2024-04-30

一个简单的思路:界面只能提供沿法向的动量,沿界面方向动量守恒 以及能量守恒 联立可得折射定律 n1kx1=n2kx2 k1方=k2方 kx/k=sin(theta) 这样就搞定了

♥ 509 ↩ 16

新艾利都第一智能fairy 2024-04-30

高中的时候一直好奇,为什么折射就有这个关系,电磁学理论数学知识有点硬,还看不懂[笑哭],看到3b1b讲这个,算是圆梦了[脱单doge]

♥ 509 ↩ 8

棉花糖融掉了 2024-04-30

最后部分的粗陋类比: 让分别在地球和木星上的两个人,先后在北京时间2024年5月1日12:51:22、2024年5月1日12:51:23,相隔一秒按下按钮。不知情的外部观察者会看见按按钮这一信号的传递超过了光速,但实际上是预先做好的人为设定,抑或是巧合。这样的伪信号是提前花费时间储存好的信息,在伪信号发生前,信息就已经传递好了。

♥ 368 ↩ 18

殁祸-殁雪 2024-04-30

相速度和群速度。相速度是稳态频域解,因果已经建立并形成规律性周期性振动。群速度是时域瞬态解。 有兴趣可以去看计算电磁学/数值pde相关内容。MATLAB环境下简单的代码就可以实现仿真。

♥ 120 ↩ 1

零质量费米子 2024-04-30

太及时了! 最近被老板要求给大四的学弟讲Drude模型与交流电导,正在烦恼怎么讲得更清楚就看到更新了。 顺带一提,前段的内容似乎和费曼物理学讲义第一卷31章的内容接近,有兴趣的可以对照来看。

♥ 120 ↩ 1

风语はな 2024-04-30

电磁学光学里解释的是由于介质的边界条件决定的,数学上的推导能看懂,物理意义上还是没能理解[笑哭]

♥ 76 ↩ 11

Neurnia_L 2024-04-30

相速度和群速度[doge]相速度甚至可以和群速度的方向相反

♥ 74

bqnoel 2024-05-03

2:02 折射改变方向的解释是错误的,只是套着电磁场的外衣做波动理论的演示而已。实际上,界面突变处用高斯定理、围线定理,能直接得到电磁场磁感应强度切向突变、法向连续,电矢量切向连续、法向突变的结果。换言之,这个EDBH波包(光子)真正改变了方向,不是“光线束垂直于波阵面所以看似偏折”这种假象。 至于光速变慢,那是介质光速受绝缘体电导率、磁导率影响。电导率、磁导率是对介质的粒子结构的理想化建模。微观来看,我的理解是光子带来的外部电磁场扰动了电子,电子激发了新的感应电磁场,再和光子自己的场叠加。叠加之后波包的形式变了,EDBH四个矢量构成新光子,它的(群)速度慢于真空光速。但电场、磁场向量本身,仍是以真空光速在介质中传播的。如果突然中断光源,介质中的场的消失速度应为真空光速。

♥ 50 ↩ 24

Degasea 2024-05-01

折射率不仅有小于1的,比如熔融石英对于某段频率左右的光波的折射率大概是0.8,就会表现出反向的全反射(外全反射);甚至有负折射率的,好像是01年首次实验论证成功了,它对于频率达到10ghz左右的光波呈现负折射率,导致折射光和入射光在法线同侧。

♥ 48 ↩ 4

darksmog 2024-04-30

科学的魅力就是用简单的理论可以解释复杂的现象,每次厘清这种关系,都会有一种有一种意料之外又情理之中的畅快感

♥ 35 ↩ 10

LOnceL 2024-04-30

虽然但是,什么时候烤gpt的两集熟肉[doge]

♥ 28 ↩ 3

Yi_Sang 2024-05-01

本评论区常见谬误 用几何光学以及微粒模型讨论波动理论 认为光现象就是电磁理论范畴内完全描述 因为缺乏物理图像过分关注方程(举个例子是某认为光的折射本质就是边界条件,这没错,但是你的理论不包含电介质磁介质谈何边界条件。倒不如问问为什么考虑了电介质就能写出正确的方程[喜极而泣])

♥ 27

某情弱Mineraltxyz 2024-04-30

有个问题想问,按照这个说法,光在介质中应该有一个实际传播速度(光波能量传播的速度)和表观传播速度(光波的相速度),这两者什么时候相等什么时候不等呢?

♥ 11 ↩ 3

Try_不停 2024-05-01

高中也在思考第一个问题,直到看到水波的折射,我直接悟了

♥ 10 ↩ 1

杨安意 2024-04-30

GPT Video Is All My Need ![惊喜]

♥ 9

happylittle 2024-04-30

gpt系列视频呢,催更![doge]

♥ 9

若在明日眠 2024-05-02

用坦克类比也可以推导出折射定律(很久以前推的,细节记不太清了): 设坦克在两种介质中的速度分别为 v1, v2。把坦克看成只有宽度的线段。 折射时,先进入的一端速度改变,未进入的一端速度不变。两者有恒定的速度差,所以两者做圆心相同的匀速圆周运动(猜想,不会证……) 因此坦克线段在转弯时划过的区域就是扇环。两边弧长正比于在两种介质中的速度。 画图,把扇环所在扇形即园画出来,然后用些数学方法(好像有正弦定理和圆弧所对圆周角相等)就可以推出 v1/v2 = sin θ1 / sin θ2。左边就是折射率啦!

♥ 8 ↩ 1

一捧哀悼 2024-05-01

在历史上牛顿的微粒说为什么能够统治一段时期而不被推翻?很明显在当时折射定律也被微粒说囊括其中了,查阅历史可以发现,微粒说是牛顿1704年提出的,而波动说是惠更斯1678年提出的,而真实历史实际上是牛顿通过微粒说来阐述折射定律,最后预言在水中的光速比在真空中的快,而十八世纪对于光速的测量十分粗糙(真正严格测量光速是十九世纪开始,如法国人菲左用齿轮精确测量真空中光速,傅科用旋转多面镜测量水中和真空中光速并且明确证明了光速在水中比较慢),牛顿也提出了猝发理论来解释同时发生反射和透射的现象,但此时光的干涉、绕射现象并没有被观测到。所以碍于实验的粗糙性与缺失,和牛顿的学术威望,牛顿的微粒说统治了一百多年,直到干涉绕射等现象和菲涅尔等人的出现开始动摇牛顿的微粒说。钟锡华的思路是建立在我们已经发现光速与介质折射率成反比的实验基础上倒过头来去证明微粒说的错误,这不失为一个思路,但是真实历史还是要阐明的。

♥ 7 ↩ 1

乌里扬诺夫007 2024-04-30

机器学习,transformer

♥ 7

Xelo_Yagami 2024-04-30

我的变形金刚呢[tv_疑问]

♥ 7 ↩ 1