Γιατί το ελαφρύ ταξιδεύει πιο αργά σε υλικά υψηλής πυκνότητας;

Το φως ταξιδεύει πιο αργά σε υλικά υψηλής πυκνότητας λόγω της αυξημένης αλληλεπίδρασης των φωτεινών κυμάτων με τα άτομα και τα μόρια που υπάρχουν στο μέσο. Καθώς το φως διέρχεται από ένα υλικό, αλληλεπιδρά με τα ηλεκτρόνια που περιβάλλουν τα άτομα και τα μόρια, προκαλώντας ένα φαινόμενο που ονομάζεται διάθλαση. Αυτή η αλληλεπίδραση έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της ταχύτητας του φωτός σε σύγκριση με την ταχύτητά του σε κενό.

Ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού, το οποίο είναι ένα μέτρο του πόσο φως επιβραδύνεται όταν διέρχεται από αυτό το υλικό, σχετίζεται άμεσα με την πυκνότητα του υλικού. Γενικά, τα πυκνότερα υλικά έχουν υψηλότερο δείκτη διάθλασης, που σημαίνει ότι το φως ταξιδεύει πιο αργά μέσα από αυτά.

Για παράδειγμα, ο δείκτης διάθλασης του νερού είναι περίπου 1,33, ενώ ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού είναι περίπου 1,5. Αυτό δείχνει ότι το φως ταξιδεύει πιο αργά σε γυαλί από ό, τι στο νερό λόγω της υψηλότερης πυκνότητας του γυαλιού. Ομοίως, ο δείκτης διάθλασης του Diamond, ο οποίος είναι ένα από τα πιο πυκνά υλικά που απαντώνται φυσικά, είναι περίπου 2,42, με αποτέλεσμα σημαντική επιβράδυνση του φωτός μέσα στο διαμάντι.

Συνοπτικά, όσο υψηλότερη είναι η πυκνότητα ενός υλικού, τόσο ισχυρότερη είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ του φωτός και των σωματιδίων του υλικού, οδηγώντας σε μείωση της ταχύτητας του φωτός και ενός υψηλότερου δείκτη διάθλασης.