Dotaz: Proč je index lomu světla různý pro různé barvy (na tom stejném rozhraní mezi
prostředími)? Je rychlost šíření světla prostředím ovlivněna vlnovou délkou?
A jestli ano, tak proč? (Jan Toušek)
Odpověď: Je to tak. A je velmi zajímavé (a vůbec ne jednoduché) rozebrat, proč
je vlastně rychlost světla v hmotném prostředí jiná než ve vakuu.
Jakmile zjistíme, proč je jiná, pak už tolik nepřekvapí, že je "jinak
jiná" pro různé frekvence.
Mechanismus šíření světla v hmotném prostředí je takový: prostředí
sestává z kladně i záporně elektricky nabitých částic, které mají úhrnný
náboj (prakticky) nulový a jsou víceméně v dynamické rovnováze. Můžeme
si představit, že elementární části látky jsou elektrické dipóly (např.
kladné jádro + záporné elektrony kolem). Dopadne-li na látku světlo, pak
z mikroskopického hlediska přišlo střídavé elektromagnetické pole (vlna)
o frekvenci f. Dipól je nucen pod vlivem elektrického pole kmitat (a
měnit svůj elektrický moment), protože na zápornou část působí opačná
síla než na kladnou (rozměry dipólu jsou mnohem menší než vlnová délka
světla). Ovšem pokud elektrický dipól kmitá, pak vyzařuje
elektromagnetické vlny stejné frekvence, jakou kmitá (Rayleighův rozptyl
- NIKOLI Comptonův, kde vyzařuje frekvenci jinou než přijal). Je to tedy
jakési "pošli to dál", ale s jistým zdržením: dipól je tvořem hmotnými
(nabitými) částicemi a ty mají samozřejmě jistou setrvačnost. Nakonec to
dopadne tak, že rozkmitaná látka vyzařuje vlny, které se skládají s
dopadající vlnou a ustáleným výsledkem je to, že se dopředu šíří nová
vlna téže frekvence, ale pomaleji. (Tedy v látce s jinou vlnovou délkou
než ve vakuu.) Jakmile přijmete tento rozbor, pak vám nebude moc divné,
že to "zdržení" bude pro různé frekvence různé (tomu se říká disperze
světla) v závislosti na vnitřní struktuře látky, na vlastních
frekvencích částí tvořících látku apod.
