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La luz como onda electromagnetica

luz como onda electomagnetica

La luz como onda electromagnetica

A lo largo de los siglos XVII, XVIII y primera mitad del XIX, gracias a los trabajos presentados años atrás por Huygens, Young o Fresnel en relación a la naturaleza de la luz, pareció quedar claro que la luz se comportaba como una onda, frente a las teorías que postulaban que podía tratarse más bien de una sucesión de partículas o corpúsculos. Sin embargo aún quedaba abierta la cuestión de saber qué era exactamente lo que vibraba en este tipo de ondas. Fue el físico inglés James Clerk Maxwell ( 1831 – 1879 ) quien, en la segunda mitad del siglo XIX, estableció que la luz se comportaba como una onda electromagnética.

¿Qué es una onda electromagnetica?

Las ondas electromagnéticas consisten de un campo eléctrico que oscila y de un campo magnético perpendicular que también oscila. Las propiedades básicas de las ondas: amplitud, longitud de onda y frecuencia.

Se producen ondas electromagnéticas cuando una partícula cargada se encuentre sometida a una aceleración o bien cuando existan corrientes variables. De esta manera la carga eléctrica, en movimiento da lugar a un campo eléctrico variable que, a su vez, crea un campo magnético también variable que, a su vez, crea un campo eléctrico variable y así sucesivamente. Así se generan y propagan las ondas electromagnéticas.

¿Qué es la dualidad de la luz?

La dualidad onda-partícula, consiste en que las entidades sujetas a las leyes de la mecánica cuántica se comportan tanto como partículas como ondas. Einstein se percató de que la luz se comporta como una corriente de partículas (fotones). Sin embargo, también está claro a partir del trabajo de Maxwell sobre el electromagnetismo (y de toda una serie de experimentos prácticos) que la luz también se comporta como una onda. Esta dualidad supone un serio desafío para el sentido común y para la experiencia cotidiana: las ondas son dispersas y continuas, mientras que las partículas son locales y discretas. Hasta el día de hoy, nadie llega a comprender cómo puede algo ser las dos cosas.

Experimento de Young o de la doble rendija

Para apreciar cómo la dualidad onda-partícula supone todo un reto para nuestra experiencia del mundo, consideremos el experimento de Young.

El experimento de Young, más conocido como el experimento de la doble rendija, fue realizado en 1801 por Thomas Young, en un intento de discernir la naturaleza corpuscular u ondulatoria de la luz. Young comprobó un patrón de interferencias en la luz procedente de una fuente lejana al difractarse en el paso por dos rejillas, resultado que contribuyó a la teoría de la naturaleza ondulatoria de la luz.

Experimento de Young

Sus extrañas implicaciones son clave para la mecánica cuántica y, por lo tanto, para la comprensión de los átomos. Como sugiere su nombre, en el experimento de la doble rendija se proyecta una luz a través de dos rendijas estrechas. La luz llega a una pantalla cubierta con detectores, como en el caso de antes. Cuando una onda de luz pasa por una rendija, se dispersa, como haría cualquier onda al pasar por una abertura pequeña (el resultado de un fenómeno llamado difracción). A continuación, la rendija se comporta como una fuente de luz cuyas ondas se radian hacia el exterior hasta alcanzar la pantalla. Con dos ranuras hay, efectivamente, dos fuentes de luz cercanas, cada una de ellas emitiendo hacia la pantalla. Las dos fuentes de luz son idénticas y las ondas están sincronizadas.

Cuando la luz alcance la pantalla, habrá lugares a los que los picos y valles de las ondas de luz llegarán juntos ‒cuando las dos ondas de luz están «en la misma fase»‒. En esas posiciones, las ondas se refuerzan entre sí, creando un área de luz que es mucho más brillante de lo que hubiera sido sin las rendijas. De forma parecida, habrá lugares en los que llegará siempre un pico junto a un valle, es decir, cuando las dos ondas están «fuera de fase o desfasadas». En este caso, las dos fuentes de luz se cancelan literalmente entre sí. El resultado, pues, es una serie de franjas brillantes y oscuras en la pantalla. Esto recibe el nombre de patrón de interferencia, porque las dos fuentes de luz se están «interfiriendo» entre sí. Algunos detectores no registran luz, mientras que otros reciben luz brillante todo el tiempo.

Experimento de Young o de la doble rendija

Este experimento fue una de las primeras pruebas a favor de la idea de que la luz era un movimiento ondulatorio. El escenario se vuelve más desafiante cuando repites el experimento utilizando un fotón cada vez, usando, como antes, una fuente de luz que emite fotón a fotón. En ese caso, sólo un detector recibirá cada fotón, y ese fue el caso con las rendijas. Pero, ahora, cuando los fotones pasan de uno en uno desde la fuente hasta la pantalla, pasando por las rendijas, algunos detectores nunca reciben un fotón. Curiosamente, con el paso del tiempo, las respuestas acumuladas de los detectores producen el mismo patrón general de interferencias, como puedes ver cuando iluminas con una luz brillante. Las conclusiones inevitables parecen ser que cada fotón viaja de alguna manera a través de ambas rendijas e «interfiere consigo mismo» y que los fotones se están comportando realmente como ondas y como partículas al mismo tiempo.

el Experimento de la doble rendija

La dualidad onda-partícula funciona en ambos sentidos. No sólo la luz, considerada tradicionalmente como una onda, se comporta como una corriente de partículas, sino que los electrones, considerados tradicionalmente como partículas, se comportan como ondas ‒como hace cualquier partícula a escala atómica‒. Si realizamos el experimento de la doble ranura con electrones en lugar de con luz, obtendremos los mismos resultados. Ya sea con fotones o con electrones, la naturaleza ondulatoria de estas partículas se manifiesta como una probabilidad de que se puedan encontrar en posiciones concretas. La probabilidad se determina con el diseño experimental (en este caso, la distribución de las dos rendijas).

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La luz como onda electromagnetica
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La luz como onda electromagnetica ✅ ¿Qué es la dualidad de la luz? La luz como onda y particula. Guia de FISICA UNAM 2020 GRATIS
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