Ако човек прекара три десетилетия в прелистване на лабораторни дневници, архиви и фундаментални трудове по квантова електродинамика, бързо развива алергия към популярните научнопопулярни метафори. Образователната система има навика да изглажда ъглите на физиката до състояние на безпроблемно смилаема каша. В резултат на това поколения ученици и студенти живеят с представата, че когато светлинният лъч удари повърхността на чаша вода, той сякаш задейства спирачки, навлиза в някакъв вискозен флуид, а на излизане магически „ускорява“ обратно без външен източник на енергия. Всичко това е фундаментално грешно.
За да разберем какво наистина става, трябва да премахнем макроскопското възприятие и да слезем на нивото на атомната структура и електронните обвивки. Безмасовите частици, каквито са фотоните, са подчинени на релативистката механика. За фотона съществува само една скорост – константата c, възлизаща на точно 299 792 458 метра в секунда във вакуум. Частица без маса в покой просто не разполага с физически механизъм, чрез който да се забави и да продължи да съществува като фотон.
Когато светлината навлезе в материална среда, тя не се сблъсква с някаква хомогенна маса, а попада в решетка от атомни ядра и електронни облаци. Всяка електромагнитна вълна носи със себе си променливо електрическо поле. Това поле започва да действа върху заредените частици в материята – основно върху електроните. Под въздействието на преминаващата вълна електроните започват да осцилират (да трептят) със същата честота.
Тук се ражда първата пробойна в класическото обяснение. Трептящият електрон сам по себе си се превръща в източник на ново електромачително излъчване. Той абсорбира енергията на първичната вълна за част от секундата и я преизлъчва. Този процес на постоянна абсорбция, забавяне в реакцията на електронния облак и последващо повторно излъчване се повтаря трилиони пъти на микроскопични разстояния.
Всеки отделен фотон, в промеждутъка между два атома, се движи в микроскопичния вакуум със своята непроменена скорост c. Но поради непрекъснатите микроскопични фазови закъснения при взаимодействието с електронната структура на атомите, сумарното време, за което цялата вълна преминава през материала, се увеличава. На макрониво това изглежда така, сякаш светлината е намалила скоростта си.
Коефициентът на пречупване n, който присъства във всички справочници, всъщност не мери физическото забавяне на самата частица, а е показател за плътността на тези взаимодействия. За сух въздух при стандартно атмосферно налягане той е около 1.0003, което съответства на ефективна скорост на пренос от порядъка на 299 702 547 метра в секунда. При дестилирана вода при 20 градуса по Целзий коефициентът се покачва на 1.33, давайки усреднена стойност от около 225 407 863 метра в секунда. При обикновеното силикатно стъкло коефициентът е приблизително 1.5, а ефективната скорост пада до около 200 милиона метра в секунда.
Но дори тези впечатляващи стойности са нищо в сравнение с екстремните условия в природата. Погледнете термоядрения реактор в центъра на нашето Слънце. В слънчевото ядро, където плътността на плазмата достига екстремни стойности от порядъка на 150 грама на кубичен сантиметър, а температурата е около 15 милиона келвина, фотонът преживява това, което във физиката се нарича случайно блуждаене. Всяка намерена порция светлинна енергия изминава едва дроби от милиметъра, преди да се сблъска с йонизиран водороден или хелиев атом, да бъде абсорбирана и преизлъчена в произволна посока.
