¿La intensidad de la luz oscila muy rápido al ser una onda?

Question

Si se hace brillar la luz sobre una pared, lo que se verá es una "mancha" con intensidad constante. Sin embargo, si la luz se ve como una onda, entonces son oscilaciones del campo electromagnético que cambian de 0 a la amplitud y viceversa muy rápido. Así que mi pregunta es, si yo pudiera ver el mundo a cámara extremadamente lenta, un cuatrillón de veces más lento o así, y proyectara un rayo de luz sobre una pared, ¿vería un "parche" con intensidad oscilante, con un brillo máximo en los picos de la onda y mínimo cuando el campo es 0? Si es así, ¿el brillo constante que se ve normalmente no es más que nuestros insignificantes ojos mortales captando sólo la media de este brillo oscilante?

Answer 1

Necesitarías un haz coherente, porque en las ondas no es sólo la intensidad sino también la fase lo que marca la diferencia. En un haz incoherente, como la luz solar, no obtendrías ningún cambio en este experimento mental, porque la intensidad media se mantendría incluso a distancias de longitud de onda.

En un rayo láser coherente debería ver en su experimento mental lo que se muestra hacia el final de este video de youtube (a 2' 09") el patrón sinusoidal en el tiempo de la intensidad de impacto. El vídeo dibuja el campo eléctrico oscilante E, y la intensidad que queda en la pantalla será $=E^2$ , que también será oscilante en el tiempo.

Al fin y al cabo, las matemáticas nos permiten materializar experimentos mentales como éste.

Answer 2

Todo depende de cómo se "mire" la luz.

Por ejemplo, en un EMW linealmente polarizado los campos eléctrico y magnético oscilan como $\sin(\omega t)$ o $\cos(\omega t)$ en un punto determinado del espacio. Entonces la pregunta es: ¿qué dispositivo se utiliza para "detectar" el CEM?

Para el CEM hay dos nociones expresadas a través de campos: es la densidad de energía $\propto E^2+B^2$ y el flujo de energía-momento $\propto \vec{E}\times\vec{B}$ que pueden oscilar o no en un punto determinado, dependiendo de sus desplazamientos de fase.

Algunos dispositivos se ocupan de un "punto" de luz, en el que hay muchos puntos del espacio implicados, por lo que hay que promediar (sumar, integrar) cosas locales. Algunos dispositivos tienen respuesta inercial y efectivamente promedian en el tiempo la onda incidente también.

Sin embargo, algunos dispositivos son mucho más sensibles al campo eléctrico que al magnético (efecto foto, por ejemplo), por lo que "sienten" claramente las oscilaciones.

También hay algunos dispositivos (antenas magnéticas, por ejemplo) que son más sensibles al campo magnético (algunos receptores de radio).

En otras palabras, los campos incidentes entran en la ecuación de movimiento de las cargas y corrientes del detector, y las características del detector determinan lo que se obtiene en la realidad.

Answer 3

La intensidad del campo EM en una onda luminosa coherente y polarizada linealmente pasa efectivamente por el cero entre los picos + y -, al igual que la superficie de un estanque pasa por su altura natural de reposo entre la subida y la bajada de las ondas. Si ralentizas la onda, cambiarías su frecuencia, que es lo mismo que cambiar su color. Podrías cambiar de azul, a rojo, a infrarrojo, y todo el camino a través de las ondas de radio y otros colores invisibles. Así que no, no podrías ver el cambio del campo EM como una luz intermitente para una onda lenta (los cambios lentos no podrían simular tus receptores de visión) , pero podrías montar un medidor de campo eléctrico y medir el cambio de campo a medida que la onda (ya no visible) pasara. ¿Qué significa realmente que el campo pase por cero? No mucho; al igual que el hecho de que la superficie de un estanque pase por su altura de equilibrio no significa que las ondas hayan desaparecido, tampoco un momento de campo eléctrico 0 significa que la onda luminosa haya desaparecido.

Answer 4

En mi opinión, por "intensidad luminosa" se entiende el número de fotones ópticos absorbidos por un detector de luz. Tales detectores resuenan con el campo eléctrico y absorben los fotones con un tiempo característico de muchos períodos de oscilación. Así que se puede decir que la oscilación es observada por el detector, pero no se traduce en una rápida oscilación de la intensidad detectada. Esta última varía, en cambio, con el número de fotones absorbidos, que se encuentra en una escala de tiempo generalmente mucho más larga. Sin embargo, los pulsos láser extremadamente cortos puede se acercan a la escala de tiempo del periodo de oscilación de la luz.