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Die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen erreicht im Vakuum ihr Maximum und sinkt beim Eintritt in Materie ab, was durch den Brechungsindex beschrieben wird.
Licht ist eine elektromagnetische Welle, die sich im Vakuum mit der universellen Naturkonstante Lichtgeschwindigkeit (c) von etwa 3 × 10⁸ m/s ausbreitet. Diese Geschwindigkeit stellt die absolute Obergrenze für die Informationsübertragung im Universum dar.
Tritt Licht in ein Medium wie Glas oder Wasser ein, interagiert es mit den dortigen Atomen. Diese Wechselwirkung führt dazu, dass sich die Welle insgesamt langsamer fortbewegt. Das Verhältnis der Vakuumlichtgeschwindigkeit zur Geschwindigkeit im Medium (v) nennen wir den Brechungsindex (n). Es gilt die Formel: n = c / v.
Da Licht in Materie immer langsamer ist als im Vakuum, ist der Brechungsindex n für Materie immer größer als 1. Ein höherer Brechungsindex bedeutet eine geringere Ausbreitungsgeschwindigkeit. Man spricht hierbei auch von der optischen Dichte eines Stoffes.
Ein entscheidender Punkt für den MedAT ist die Konstanz der Frequenz (f). Wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht, bleibt seine Frequenz (die 'Farbe' des Lichts) unverändert. Da jedoch die Geschwindigkeit v sinkt, muss sich nach der Wellengleichung v = λ × f die Wellenlänge (λ) verringern.
Stellen Sie sich eine Marschkapelle vor, die vom festen Asphalt auf einen sandigen Untergrund tritt. Die Musiker machen weiterhin gleich viele Schritte pro Minute (Frequenz), aber da der Sand sie bremst, werden ihre Schritte kürzer (Wellenlänge), und die gesamte Formation bewegt sich langsamer vorwärts.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Materie kann zudem von der Frequenz des Lichts abhängen. Dieses Phänomen nennen wir Dispersion. Es erklärt, warum weißes Licht beim Durchgang durch ein Prisma in seine Spektralfarben zerlegt wird, da blaues Licht stärker abgebremst wird als rotes Licht.
