Lomni količnik

 

Hitrost vsega elektromagnetnega valovanja v praznem prostoru je enaka, približno 3×10⁸ m/s, in jo označujemo s c. Če je v fazna hitrost valovanja z določeno frekvenco v določeni snovi, je lomni količnik enak:

${\displaystyle n={\frac {c}{v}}\!\,,}$ 

oziroma obratno:

${\displaystyle v={\frac {c}{n}}\!\,.}$ 

To število je običajno večje od 1, večji je lomni količnik snovi, bolj se svetloba upočasni (glej pojav Čerenkova). Pri določenih frekvencah (na primer blizu absorpcijskih resonanc in za rentgenske žarke) je n dejansko manjši od 1. To ne nasprotuje teorijama relativnosti, po katerih se noben signal, ki nosi informacije, ne more gibati hitreje od c, ker fazna hitrost ni enaka skupinski hitrosti ali signalni hitrosti.

Včasih definirajo »lomni količni skupinske hitrosti«, po navadi imenovan skupinski količnik:

${\displaystyle n_{\rm {g}}={\frac {c}{v_{\rm {g}}}}\!\,,}$ 

kjer je v_g skupinska hitrost. Te količine ne smemo zamenjevati z n, ki je vedno določena glede na fazno hitrost. Skupinski količnik lahko zapišemo s členi, kjer je valovna dolžina odvisna od lomnega količnika:

${\displaystyle n_{\rm {g}}=n-\lambda {\frac {\mathrm {d} n}{\mathrm {d} \lambda }}\!\,,}$ 

kjer je ${\displaystyle \lambda }$  valovna dolžina valovanja v praznem prostoru. Pri majhnih razdaljah se fazna hitrost elektromagnetnega valovanja v snovi zmanjša ker električno polje zmoti naboje vsakega atoma (v glavnem elektronov) sorazmerno z dielektričnostjo snovi. V splošnem bodo naboji nihali drugače kot faza v skladu z gonilnim električnim poljem. Naboji tako sevajo svoje elektromagnetno valovanje z enako frekvenco, vendar fazno zakasnjeno. Makroskopska vsota vseh takšnih prispevkov v snovi je valovanje z enako frekvenco, vendar s krajšo valovno dolžino od izvirnega, kar vodi do zmanjšanja fazne hitrosti valovanja. Večina valovanja nihajočih nabojev v snovi bo spremenila prihajajoče valovanje, njegovo hitrost. Nekaj energije pa se bo razpršilo v drugih smereh (glej sipanje).

Če sta lomna količnika dveh snovi za dano frekvenco znana, lahko izračunamo kot, pri katerem se bo valovanje s takšno frekvenco pri prehodu iz prve v drugo snov lomilo, iz lomnega zakona.

Če sta v danem območju vrednosti lomnih količnikov n ali n_g različni od 1 (homogeno, izotropno ali ne), se območje v zgornjem smislu zaradi pomanjkanja Poincaréjeve simetrije razlikuje od praznega prostora.

V zadnjem času so pokazali na obstoj negativnega lomnega količnika, ki se lahko pojavi, če sta realna dela ${\displaystyle \epsilon _{r}}$  in ${\displaystyle \mu _{r}}$  istočasno negativna, kar je sicer potreben, vendar ne zadosten pogoj. Negativni lomni količnik se v naravi verjetno ne pojavlja, lahko pa nastopi v metamaterialih in omogoča popolne leče in druge eksotične pojave, kot je na primer obratni lomni zakon.^[2][3]