¿Cómo puede una luz pasada a través de una única rendija producir un patrón de interferencia similar al del experimento de la doble rendija? ¿Cómo produce la onda difractada los puntos de anulación y refuerzo, si sólo hay una onda?
Una forma de entender esto que siempre me ha atraído intuitivamente es la llamada Principio de Huygens que básicamente afirma que cada punto de un frente de onda puede considerarse una fuente puntual para una nueva onda esférica, y que la evolución del frente de onda puede determinarse superponiendo todas estas ondas esféricas en momentos posteriores. El artículo de Wikipedia al que he enlazado tiene algunas imágenes muy bonitas de esto.
Este principio permite explicar los efectos de difracción. Imaginemos, por ejemplo, que hacemos pasar luz a través de una rendija extremadamente pequeña, digamos una rendija del tamaño de la propia longitud de onda, entonces cuando las ondas planas pasan a través de esta rendija, la parte de la onda que atraviesa la rendija actúa como una fuente puntual y genera una onda esférica, por lo que la luz se difracta.
Sin embargo, si la rendija es mayor, la parte de los frentes de onda que atraviesan la rendija actúan como múltiples fuentes puntuales de ondas esféricas, y estas ondas esféricas interfieren entre sí para dar lugar a un patrón de interferencia. De este modo, el patrón de difracción es muy parecido a la interferencia de rendijas múltiples, excepto que en lugar de múltiples rendijas, el propio frente de onda se divide en un montón de fuentes puntuales adyacentes que interfieren entre sí.
Entonces, si la rendija es muy pequeña (como se muestra en el artículo de la wikipedia), ¿seguiremos teniendo interferencias?
Entonces, si la rendija es muy pequeña (como se muestra en el artículo de la wikipedia), ¿seguiremos teniendo interferencias?
¿Por qué no? En términos de carácter ondulatorio, esto puede explicarse fácilmente utilizando el principio de Huygens (como por Josh). He aquí una imagen de cómo emergen los frentes de onda de las rendijas grandes y pequeñas...
En el caso de la rendija grande, los frentes de onda son más y por lo tanto llegan como de forma similar ondas planas. Aun así, la curva puede apreciarse en el borde. Así pues, los frentes de onda esféricos sólo son significativos cuando la anchura de la rendija es comparable a la longitud de onda de la onda, lo que da lugar a la "difracción".
He aquí una imagen de Wiki sobre cómo los frentes de onda esféricos interfieren entre sí...
Como la mecánica cuántica desempeña un papel importante, esto también puede explicarse mediante el carácter de partícula (fotones) de la luz utilizando el principio de incertidumbre. Cuando se reduce lentamente la anchura de la rendija, el patrón se hace cada vez más ancho hasta que desaparece por completo.
Porque, una vez que nos acercamos a conocer la posición con exactitud, aumenta la incertidumbre en el impulso o viceversa. De todos modos, no se puede estar seguro de cómo el fotón golpea la pantalla y dónde...
Un investigador observó correctamente que en un experimento de rendija única con luz monocromática, los 2 bordes de la rendija eran muy brillantes como si fueran también las fuentes de luz. Eso explica los patrones de interferencia y la desviación de la línea recta que observamos. Los electrones del borde de la rendija son excitados por la luz entrante y se convierten también en fuentes de luz. Ahora hay 3 fuentes de luz: la original que entra por la rendija y la luz emitida por cada lado de la rendija. La densidad de la luz es constante en algún punto detrás de la rendija y la pantalla no indica ninguna luz debido a esta densidad constante, no porque la luz se haya anulado.
Si se mira de cerca, se puede observar un patrón de interferencia incluso en un experimento con un tanque de agua con una rendija.
https://www.youtube.com/watch?v=BH0NfVUTWG4
según el Principio de Huygens, la luz siempre debe interferir consigo misma y crear patrones de interferencia, independientemente de cómo y dónde la dirijas. La clave aquí son los bordes afilados de la rendija y lo que ocurre realmente en esos bordes. Tiene que ver con el flujo turbulento y la vorticidad. (hablando del agua aquí)
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Tal vez un fotón nunca se ha medido correctamente y en realidad están compuestos por más de 1 emisión de onda, por lo que si 1 fotón en realidad equivale a 2 ondas entonces eso causaría interferencias. En el pasado toda la gente pensaba que un átomo era la única unidad, para luego ver que eso es falso todo tiene que ver con la resolución del dispositivo utilizado para medir unidades de algo.
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La luz es bastante especial, cada fotón es creado por un átomo/electrón excitado... y el fotón viaja y deposita su energía en otro átomo/electrón. Richard Feynman (y Dirac) se dieron cuenta de que cada fotón sigue su propio camino y Feynman propuso una "aproximación integral del camino" que demuestra que no se produce ninguna cancelación en los puntos oscuros .... los puntos oscuros es donde no van los fotones.