Hvorfor kan fasehastigheden i en bølgeleder overstige lyset?

Du har ret! fasehastighed I en bølgeleder kan faktisk overstige lysets hastighed i et vakuum (C). Dette kan virke paradoksalt, da intet kan rejse hurtigere end lys. Der er dog ingen overtrædelse af særlig relativitet her. Her er hvorfor:

Forståelse af fasehastighed vs. gruppehastighed

* Fasehastighed Beskriver den hastighed, hvormed en bestemt fase af den elektromagnetiske bølge (f.eks. Crest) forplantes. Det beregnes som forholdet mellem frekvensen (f) og bølgetalet (k):

`` `

v_p =f/k

`` `

* Gruppens hastighed Beskriver den hastighed, hvormed den samlede konvolut af bølgen, der indeholder dens energi, forplantes. Det er den hastighed, hvorpå information rejser.

Bølgeledere og spredning

Bølgeledere er strukturer, der begrænser elektromagnetiske bølger. Inde i en bølgeleder styres bølgen af ​​grænserne for strukturen, hvilket fører til spredning . Spredning betyder, at bølgens fasehastighed ændres med frekvens.

Paradokset forklarede

I en bølgeleder er det muligt for fasehastigheden at overskride lysets hastighed, fordi fasehastigheden er et resultat af interaktionen af ​​bølgen med bølgelederens grænser. Det er ikke et mål for den faktiske hastighed på information, der rejser gennem bølgelederen.

* gruppens hastighed er altid mindre end eller lig med lysets hastighed, hvilket sikrer, at information ikke rejser hurtigere end lysets hastighed.

Tænk på det sådan:

Forestil dig en bølge, der kører ned ad et reb. Bølgens form bevæger sig måske meget hurtigt, men selve rebet rejser ikke så hurtigt. Fasehastigheden er som hastigheden på bølgens form, mens gruppens hastighed er som selve rebets hastighed.

Nøglepunkter

* Fasehastighed, der overstiger lysets hastighed i en bølgeleder, er en konsekvens af spredning og interaktionen mellem bølgen og bølgelederstrukturen.

* Det krænker ikke særlig relativitet, fordi gruppens hastighed, der repræsenterer informationshastigheden, forbliver under lysets hastighed.

* Fasehastigheden kan være vildledende, fordi den ikke repræsenterer den faktiske hastighed af de oplysninger, der kører gennem bølgelederen.

Fortæl mig, hvis du gerne vil have flere detaljer eller eksempler!