¿Cómo y por qué el Principio de Huygens ¿funciona de verdad? Quiero decir, ¿siempre funciona?
El principio de Huygens:
Cada punto de un frente de onda puede considerarse una fuente de ondículas esféricas secundarias que se propagan hacia delante a la velocidad de la luz. El nuevo frente de onda es la superficie tangencial a todas estas ondículas secundarias.
Para que el principio de Huygens sea cierto, la luz debe emitir luz. ¿Puede la luz emitir luz?
La frase clave es "puede considerarse". Es decir, el principio de Huygens, como procedimiento matemático, da (aproximadamente) la respuesta correcta. El principio no dice que la luz se genere realmente en cada punto del frente de onda.
Otra forma de verlo: la luz en un frente de fase ya existe allí. No hay necesidad de generarlo todo de nuevo.
Es interesante observar que si el vacío fuera un material polarizable "perfecto", entonces la luz incidente polarizaría cada punto del espacio, y cada punto dispersaría la luz en ondas esféricas. No creo que haya ninguna justificación física para la imagen, y podría llevar a conclusiones peligrosamente erróneas, pero podría ayudarte a comprender cómo funcionan las matemáticas.
Pero las ondículas de los frentes de onda se interfieren mutuamente, como dijo Fresnel, así que las ondículas son reales, ¿no?
Podría ser una cuestión filosófica. No hay forma de observar una ondícula individual. Sólo se puede observar el campo total. Entonces... ¿son reales? Personalmente, como soy experimentalista, tiendo a evitar este tipo de preguntas :)
@Paul: ¿Eres consciente del hecho de que las partículas que se envían a través de la doble rendija se detectan al llegar como partículas, ya sean electrones o fotones? Quizás quieras leer esta respuesta a ¿Es la dualidad onda-partícula una dualidad real? pregunta. También se refiere a los fotones - ver este vídeo de la Universidad de Leiden . Por lo tanto, las partículas individuales no producen ningún patrón de onda - el patrón que parece interferencia es sólo estadístico.
Es como decir que el sonido produce sonido: en realidad, las partículas mueven a otras partículas, y todo este proceso es sonido.
El principio de Huygens habla de propagación, no de "emisión" en el sentido convencional. La luz es una onda en el campo electromagnético y el cambio de campo en un punto del espacio induce campo en el espacio circundante cuando el tiempo avanza. Esa es la esencia de las ecuaciones de Maxwell. Entonces... ¿dices que la luz emite luz para avanzar? La luz es un fenómeno de onda continua (no entremos ahora en electrodinámica cuántica), cambia con el tiempo de forma natural, no hace falta llamarlo emisión.
Es un poco engañoso decir eso, porque luz que emite luz significaría otra cosa: ¡implicaría autointeracción, autodispersión de fotones! Como en dos haces de luz que se cruzan produciendo luz en otras direcciones. Eso puede ocurrir, pero sólo a frecuencias tan grandes que induzcan la producción de pares partícula-antipartícula (se requiere una energía de ~MeV para el par electrón+positrón).
Cuando la luz se propaga a lo largo del medio podría dicen que la respuesta de la materia es en realidad la absorción y reemisión repetidas de la luz (polarización, que da lugar al índice de refracción, etc.). Pero incluso en este contexto, es poco convencional utilizar este tipo de lenguaje.
Huygens suponía la existencia de "partículas de éter". Y cada punto en el frente de onda, que su declaración del principio de Huygens está diciendo que es la fuente de ondículas secundarias, no son más que las partículas de éter, que Huygens asumió para dar lugar a su propia onda individual.
Huygens dijo que las ondas de luz eran longitudinales al atravesar una sustancia, el éter. Pero ahora sabemos que la luz es una onda transversal gracias a los trabajos de Erasmus Bertholinus, Etienne Malus y Augustin-Jean Fresnel sobre la polarización.
Así pues, son las partículas de éter las que Huygens supuso que daban lugar a la onda, y creo que esto es lo que tú llamas "luz para emitir luz". Para tu primera pregunta: La teoría ondulatoria que implica el principio de Huygens no puede explicar el efecto fotoeléctrico.
Referencia: 1. Tratado sobre la luz de Christiaan Huygens (1690) - PDF . La página nº 21 (e incluso las anteriores) podrían serle más útiles. 2. Christiaan Huygens-Wikipedia 3. De Aristóteles a Schrödinger - La curiosidad de la física por Antonis Modinos, Página nº 213.
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Véase researchgate.net/publication/316994209 . Quizá sea más un modelo matemático.