Siempre ha sido difícil comprender el fenómeno de la difracción de la luz alrededor de objetos opacos. ¿Cómo se produce? ¿Por qué los objetos transparentes no difractan la luz? ¿Qué mecánica cuántica opera que curva la luz? Antes tenía la intuición de que los átomos de la superficie de los bordes de la abertura reflejan la luz que interfiere y forma las franjas.
Respuestas
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StasK
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La respuesta a esta pregunta se encuentra en el principio de Huygen, sugerido por él mismo en el siglo XVII y fundamentado teóricamente en el siglo XIX por Fresnel y Kirchoff.
Las ondas se propagan porque cada punto de cualquier superficie (una superficie matemática en el espacio, no una superficie de un material real) puede considerarse una fuente puntual de nueva radiación. Cada punto genera una onda esférica. En ausencia de obstáculos, la interferencia de todas estas ondículas asegura que la suma generada a partir de una onda plana es de nuevo una onda plana, y la onda plana se propaga como una onda plana. Con un obstáculo de por medio, las ondículas irradian hacia la sombra del objeto: difracción.
Wikipedia tiene algunas buenas simulaciones y estoy seguro de que hay muchos otros.
Objetos transparentes do difractan la luz, pero solemos dar otro nombre al fenómeno: refracción. En lugar de bloquear la luz y detener la radiación de un conjunto de ondículas, un medio transparente cambia la fase de la ondícula a medida que la perturbación se propaga a través del medio. Una vez que la radiación ha atravesado el medio y ha emergido, sumamos la radiación de todas las ondículas, las que pasan junto al objeto y las que lo atraviesan, para obtener el campo completo. En términos del Principio de Huygen, la difracción y la refracción tienen la misma explicación, y son dos manifestaciones del mismo efecto.
MRA
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Esto no tiene nada que ver con la mecánica cuántica. La física subyacente no es más complicada que la de las ondas de agua que chocan contra un pilar o una roca inmóvil (o la de poder mantener una conversación con alguien a la vuelta de la esquina de un edificio).
Las ondas se extienden. y cuando el pico de una onda se cruza con el valle de otra, se anulan. Cuando los picos y los valles coinciden, se suman. Por eso, cuando una onda se bloquea, hace que las ondas que llegan a los bordes se dispersen desde el límite y se recombinen.
Estoy seguro de que alguien más tendrá una respuesta más elegante y completa que ésta, con imágenes. Pero esto es lo esencial.
Guest
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Rams, estoy totalmente de acuerdo con tus reflexiones sobre la influencia de los átomos en la difracción. Utilizarlo como explicación alternativa para los fenómenos de interferencia es exagerado. La mecánica cuántica habla de la cuantización de los campos pero no asocia este hecho debido a la interacción entre los fotones y el potencial eléctrico de los electrones superficiales de los bordes.
Como mencionas en tu comentario, hay diferencias sustanciales entre las ondas de agua y las ondas electromagnéticas. A mi entender los fotones son corpúsculos con campos eléctricos y magnéticos alternos y dependiendo de la distancia del fotón al borde y de su estado electromagnético actual forman un campo cuantizado con los bordes.
Eso ocurre con cada fotón. Y esta es una explicación más fácil para los experimentos con un solo fotón. No hay interferencia consigo mismo. Todo el mundo que lo aprendió de la manera común está satisfecho con las fórmulas existentes (y estas fórmulas funcionan bien) y esto está bien. Pero estoy seguro de que habrá en el futuro mejores fórmulas incluyendo el campo común generado entre los electrones superficiales de los bordes y los fotones.
