¿Qué es exactamente la difracción y cómo se produce?

Hay algo llamado el principio Huygens-Fresnel. Cada punto en un frente de onda es la fuente de una nueva wavelet esférica (hemisférica) de propagación hacia adelante. (Nota al margen de que mientras Huygens llega mucho antes que Maxwell y la unificación de la óptica con electricidad y magnetismo, esta idea de una onda de luz que genera una nueva onda de luz coincide con lo que describen los resultados de las ecuaciones de Maxwell en el espacio libre, con campo E variable engendrando un campo B variable engendrando un campo E variable …)

Si el frente de onda inicial tiene la forma de una línea recta, como se ve en una ola que llega a la costa en el agua, las partes de las nuevas ondas esféricas que van hacia los lados, perpendiculares a la dirección de propagación, se cancelan con los componentes laterales de los frentes de onda. de los puntos a cada lado.

Entonces, las nuevas wavelets terminan sumando a un nuevo frente de onda en línea recta que avanza.

Cuando eso golpea una ranura estrecha, solo unas pocas oleadas sobreviven. El resto se refleja de nuevo. Esas pocas wavelets no tienen vecinos en el exterior para cancelar la propagación lateral, y el resultado es que los frentes de onda recién generados se extenderán.

La respuesta a la difracción se describe mejor en términos de Electrodinámica Cuántica. Sugiero comenzar con

Básicamente, el camino real (o lo que imaginamos que es el camino real) o un fotón (o cualquier otra partícula) funciona así. Tomas todas las formas posibles en que podría ir un fotón. Aquí, allá, zigzaggy, lo que sea. Mientras no sean detenidos por nada, podrían ir por ese camino (lo hagan o no).

Luego sumas todas estas rutas de una manera determinada, usando geometría compleja o vectorial. Los caminos cercanos interfieren entre sí positivamente, y los caminos muy diferentes interfieren negativamente. Lo que obtienes es la probabilidad de que una partícula vaya por ese camino.

En el caso simple, explica por qué la luz (o cualquier cosa) va en línea recta. El principio de menor acción está en realidad más cerca de la realidad que cualquier otra idea que tengamos. Los caminos cercanos interfieren de manera constructiva, y los otros, caminos extraños, se destruyen mutuamente. Entonces, también, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de refracción, como con un espejo.

Sin embargo, si hay ciertas formas en que el fotón no puede ir (la superficie está pintada de negro, o hay pequeños rasguños, o algo así), entonces los posibles caminos interfieren de una manera diferente.

Esto incluso explica el experimento de la doble rendija. Hay un rango entre las dos ranuras donde los fotones o electrones no pueden ir. La interferencia entre todos los otros caminos se correlaciona exactamente con los patrones que ves.

No intentes hacer esto con olas. Los modelos de onda fallan en una situación tan simple como dos emisores y dos detectores. La matemática de QED, sin embargo, es ondulada y produce resultados similares (¡pero no iguales!)

Hay una pregunta filosófica más profunda sobre qué sucede exactamente. Puede que no haya respuesta a esto. Sin embargo, si Muchos Mundos e interpretaciones similares son correctas, entonces uno podría decir que el fotón o el electrón realmente van en todas direcciones, en universos cercanos, y lo que medimos es una suma de esto. Aún así, decir que esto no tiene sentido. No hay (actualmente) ninguna forma científica de distinguir entre las interpretaciones de la mecánica cuántica. Sin embargo, los cerebros requieren algo más que la realidad para ser felices. Solo asegúrate de que si entras en trance y comienzas a chocar contra las paredes (lo que me sucede a menudo cuando pienso en estas cosas profundamente), hazlo en un ambiente seguro. Echele la culpa al tequila o algo así.

En primer lugar, la difracción es un fenómeno que realmente no requiere la dualidad onda-partícula, porque este fenómeno funciona para cualquier onda, como ondas de agua, ondas de sonido, etc.

El físico holandés Christian Huygens fue la primera persona en pensar en la luz como ondas, como ondas circulares de agua. Y cuando se le preguntó cómo se propagan estas ondas de ondas, se le ocurrió esta idea que ahora se conoce como “el principio de Huygen de las wavelets secundarias”.

Básicamente considera cualquier onda de corriente (imagine una onda plana), luego, para descubrir cómo se propaga hacia adelante, imagina que cada punto de esa onda plana es una fuente de ondas esféricas (llamada fuente de Huygen). Dibuja estas ondas esféricas y luego dibuja una tangente común. Esta tangente común representa la nueva forma de la onda.

En una onda plana hay infinitas fuentes de Huygen, y estas dan lugar a infinitas ondas esféricas secundarias, por lo que la nueva tangente se vería nuevamente plana.

Sin embargo … una vez que golpea una rendija. solo sobreviven unas pocas fuentes de Huygen (las que se encuentran entre la ranura). Y esto da lugar a un nuevo frente de onda, que ahora estará curvado en los extremos como se muestra.

Por lo tanto, cuanto más pequeña sea la hendidura que hagas, menor será la región plana, lo que hará que las ondas parezcan cada vez más esféricas.

En el caso limitante, donde el ancho de la hendidura está a punto de llegar a cero, solo una fuente de Huygen sobrevive y le proporciona una onda esférica perfecta (que le brinda el máximo efecto de difracción).

La difracción ocurre cuando la luz viaja a través de una única ranura estrecha y aterriza en un avión a una distancia considerable de la ranura. Crea patrones de onda constructivos-destructivos en este plano, que disminuye en magnitud al alejarse de la mediana del plano.

Esto se debe principalmente a que el número de ondas interactivas que contribuyen a la interferencia destructiva aumenta al alejarse de la mediana. En general, la difracción puede tratarse como resultado de que la pequeña rendija no es realmente puntual, sino una colección de múltiples fuentes de luz, que se desplazan en todos los ángulos lejos del punto (en un frente de onda). Por lo tanto, la luz de cada fuente puntual en la ranura, interactúa con la de otra, lo que conduce al patrón de interferencia constructivo-destructivo.

La difracción es un cambio de ángulo en la dirección de propagación (y en la onda frontal) de una onda cuando cruza una interfaz entre dos medios donde cambia la velocidad de propagación.

La difracción ocurre cuando el ángulo de onda incidente es diferente de 90 grados y puede explicarse mirando la onda frontal (transversal en la dirección de propagación), ya que no es paralela a la interfaz, llegará a la interfaz en un punto A (más cercano a la dirección entrante) cuando todavía habrá que esperar algo de espacio en el medio para alcanzar el punto B en la interfaz, ambos puntos A y B (y toda la interfaz) podrían considerarse fuente de onda cuando son excitados por la onda incidente, pero ahora los dos medios tienen una velocidad de propagación diferente ( digamos más pequeño que una velocidad media), entonces la onda se propagará en todas las direcciones desde A una cierta distancia antes de que el punto se excite, ya que la velocidad de propagación es más baja en este medio, esa distancia será más pequeña que la que debía llegar antes a B y la onda frontal (punto más excitado en la nueva dirección de propagación) mostrará un ángulo diferente.

Estás tropezando un poco en la región de la dualidad onda-partícula aquí. Está imaginando la luz como una serie de partículas, cuando se encuentran con una hendidura deben atravesarla o detenerse. Sin embargo, la luz se comporta como una onda en algunas circunstancias y es un área complicada de la física con mucho debate.

La respuesta básica a su pregunta es que la luz difracta debido a su naturaleza ondulatoria. Si observa la difracción del agua, verá por qué ocurre la difracción en general. (Creo que el principio de Huygen es un buen lugar para comenzar). Sin embargo, nadie sabe realmente por qué la luz tiene esta dualidad (o al menos, se debate).

El esfuerzo Nobel de Erwin Schrodinger para explicar la mecánica de ondas a una audiencia en 1933 es notable. Hoy, uno solo podría hacerlo mejor conociendo los antecedentes y el conocimiento de los fundamentos para una audiencia de 2014.

Se vuelve propiamente entendible solo desde el punto de vista de la teoría de ondas y deja de ser un milagro divino. Desde el punto de vista de la onda, la llamada curvatura del rayo de luz es mucho más fácil de entender como un desvío de la superficie de la onda, que obviamente debe ocurrir cuando las partes vecinas de la superficie de la onda avanzan a diferentes velocidades; exactamente de la misma manera que una compañía de soldados que marchan hacia adelante llevará a cabo la orden de “inclinación correcta” por parte de los hombres que toman pasos de diferentes longitudes, el hombre de derecha es el más pequeño y el hombre de izquierda el más largo. En la refracción atmosférica de la radiación, por ejemplo (Fig. 2), la sección de la superficie de la onda WW debe desviarse necesariamente hacia la derecha hacia

http://www.nobelprize.org/nobel_ …

La difracción es un fenómeno físico relacionado con la onda como propiedad del objeto, como la luz que pasa a través de la hendidura difractará por el borde de la hendidura, y su dirección se devaluará desde el camino de paso recto. Entonces, la difracción es una adevación del De acuerdo con el teorema de-Broglie, la onda de su camino recto puede aparecer en la luz como una onda electromagnética y en el electrón como partícula con propiedad de dualidad, ondulatoria o corpuscular.

Suena muy poco intuitivo, ¿verdad?

Hay una muy buena respuesta a esto en una ley de la naturaleza muy popular llamada Principio de incertidumbre de Heisenberg. Lo que dice este principio es muy simple: en un momento dado puede calcular con la máxima precisión dónde está una partícula o dónde se mueve (vector de velocidad o de momento). Nunca puedes tener ambos. Ahora, ¿cómo se aplica esto a una luz que pasa a través de una rendija estrecha?

La luz consiste en fotones. Cuando estrechas tanto la ranura, sabes con alta precisión en el plano horizontal dónde está el fotón. Pero ahora, cuando la luz emerge de ella, no puedes estar completamente seguro de qué dirección se está moviendo. Por eso, ves una banda de luz que emerge en la pantalla. Estas son todas las direcciones posibles que puede tomar un fotón después de que emerge de la hendidura.

Aquí hay un video del profesor Walter Lewin explicando lo mismo.

No tiene que tener sentido. Nada sobre los experimentos de una o dos rendijas tiene sentido.

Una “explicación” es invocar el “principio de incertidumbre”. Si crees que existe un límite en cuanto a qué tan cerca una partícula puede tener un momento y una posición específicamente medidos, entonces la difracción simplemente sigue naturalmente.
Ves si tienes una ranura realmente estrecha y ves luz a través de ella, SABES cuál era la posición del fotón, con el grado de precisión que desees, solo haz la ranura más estrecha. Entonces has hecho un experimento de medición muy simple. Ahora que conoce la posición dentro del ancho del cerebro de un Teabagger, si cree el principio de incertidumbre, eso significa que tiene una idea muy vaga en cuanto a su impulso. Y no solo NO tienes idea, ¡el fotón tampoco! Por lo tanto, rocía cualquier viejo de esa manera.

Eso lo está mirando en el dominio del tiempo. También puede verlo en el dominio de la frecuencia, tomar la transformación de Fourier de la situación y ver que ha reducido la muestra de frecuencia a una muestra muy estrecha. Las muestras estrechas también significan más incertidumbre en el dominio de la frecuencia, por lo que la luz pierde su especificidad.

Es la curvatura de la luz alrededor de las esquinas de un obstáculo o apertura hacia la sombra geométrica del objeto.

Es causada por la interferencia de wavelets secundarias que se originaron en los frentes de onda primarios.