Metamaterialien

eydscheyeydschi · Anmeldungsdatum: 27.06.2010 Beiträge: 1

Meine Frage:
Hallo zusammen,
ich bin neulich auf Metamaterialien gestoßen und fand die Sache ganz interessant. Ich verstehe nur nicht, was jetzt genau dieser Brechungsindex <1 bedeutet. Bewegt sich das Licht dann da schneller als im Vakuum (n=c0/c), oder was (fände ich nämlich ziemlich verstörend?
Vielleicht kann mir einer auch noch (bitte ohne allzuviel Mathematik) ein paar von den ganzen anderen Effekten dieser kuriosen Dinge erklären (inverser Dopplereffekt etc.)

Meine Ideen:
Ich vermute mal, dass da dann irgendwie die "klassischen" (bisschen schlechtes Wort) Gesetze der Optik einfach nicht gelten, da bestimmt Eigenschaften in dieser Theorie nicht berücksichtigt werden.

Bei den Kommentaren bitte keine Verweise auf den Wikipedia-Artikel, den kapier ich nämlich nicht
danke

MI · Anmeldungsdatum: 03.11.2004 Beiträge: 828 Wohnort: München

Interessant sind v.a. Materialien mit n<0, weil da die Phasengeschwindigkeit rückwärts ist...

n<1 heißt in der Tat, dass die Phasengeschwindigkeit größer ist als die Lichtgeschwindigkeit. Das ist auch nicht verboten, denn die Phasengeschwindigkeit ist nicht die "richtige" Geschwindigkeit des Lichtes, d.h. es ist nicht die Geschwindigkeit, mit der Information übertragen wird.
Was du dir überlegen musst ist, wie schnell sich ein Wellenpaket (nur ein Wellenpaket kann ja Information tragen) fortbewegt. Dies führt dich zunächst auf das Konzept der sog. "Gruppengeschwindigkeit". Im Falle normaler Dispersion und n>1 wirst du finden, dass die Gruppen- und die Phasengeschwindigkeit gleich sind. Bei n<1 ist die Gruppengeschwindigkeit bei normaler Dispersion immer noch kleiner als die Lichtgeschwindigkeit (kann man ausrechnen).
Einzig interessant ist der Fall anomaler Dispersion und n<1. Leider konnte mir bisher niemand mathematisch erklären, warum dort die Informationsgeschwindigkeit immer noch =c ist, dies ist aber wohl so. Die scheinbar einzige Quelle, die dieses Thema behandelt ist ein (>40 seitiger) Artikel von Sommerfeld und Brillouin aus dem Jahr 1914 bzw. ein Buch von Brillouin, wo er das Thema aus dem Artikel noch mal aufgreift.

Zusammengefasst: Die Geschwindigkeit, mit der sich das Licht ausbreitet, ist stets <=c. Die Phasengeschwindigkeit ist allerdings auch schon mal >=c. Da die Phase aber keine Information überträgt, ist das nicht verboten.

Gruß
MI

eydscheyeydschi2 · Gast

Hallo MI,
erst mal danke für deine Antwort; war sehr aufschlussreich Thumbs up!

Eins hab ich nicht kapiert: Was ist denn dann diese Phasengeschwindigkeit?

Also ich hab mir das jedenfalls bis jetzt immer so vorgestellt: Das Licht ist in einem Material langsamer, weil da noch die Elektronen rumgeistern und ein Photon absorbieren und wieder emittieren können. Das Photon macht also sozusagen eine "Pause" und zwischen den Elektronen ist die Geschwindigkeit =c.
Ist das eine richtige Analogie? Weil irgendwie müsste das Licht dann ja eine negative Pause machen?!
Zu den Quellen: bei der englischen Wikipedia findet man ziemlich viele Links, ob die so interessant sind, weiß ich nicht.

DrStupid · Anmeldungsdatum: 07.10.2009 Beiträge: 5044

MI · Anmeldungsdatum: 03.11.2004 Beiträge: 828 Wohnort: München

Zur Vorstellung hilft vielleicht auch ein wenig diese Animation aus der WP:
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Wave_group.gif
Beschreibung lesen!

@DrStupid:
Richtig, da habe ich nicht zu Ende formuliert. Dass die Gruppengeschw. größer c werden kann tritt, wenn ich das richtig sehe, bei anomaler Dispersion und n<1 auf.
Warum die Informationsübertragung trotzdem langsamer als mit c oder mit derselben Geschwindigkeit funktioniert hat mir bisher allerdings niemand mathematisch einwandfrei zeigen können (das wird in dem angesprochenen Artikel von Brillouin und Sommerfeld thematisiert, wenn ich das richtig gesehen habe. Allerdings muss ich den Artikel irgendwann nochmal richtig lesen, habe nur mal zwei Seiten angelesen...). Ich gehe natürlich davon aus, dass das richtig ist, würde mich aber schon gerne selbst davon überzeugen Augenzwinkern

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Gruß
MI