¿Puedes reflejar infinitamente un láser, con 2 espejos?

Muchas respuestas dan buenas razones para que esto sea imposible. Ofrezco una razón adicional que aún no veo mencionada.

Incluso en un vacío perfecto, con espejos perfectos, etc. Los rayos láser se propagan debido a la difracción. Cuando pasa luz (o cualquier onda) a través de un agujero, se extiende en el lado de salida. Esta es una razón por la cual los dispositivos ópticos que usan láseres aún necesitan lentes para enfocar el láser hacia un punto más fino para leer los datos en su DVD o cortar la placa de acero.

Entonces, si creaste una “trampa” perfecta para que un láser rebotara indefinidamente dentro, podrías felicitarte sabiendo que los fotones estuvieron hasta que se acercaron en segundos, incluso días después, pero lo habrían hecho mucho antes luego dejó de ser cualquier cosa que pudiera considerarse un láser. Lo que tendrías sería un montón de luz, de una longitud de onda específica, atrapada en esta caja imaginaria. Probablemente sería difícil saber si la fuente inicial había sido incluso un láser o alguna otra fuente de luz monocromática.

No. Incluso si pudiera obtener los muchos escenarios perfectos para hacer tal cosa, el intento aún estaría condenado al fracaso debido a la dualidad onda-partícula y los efectos cuánticos.

Ya se han mencionado varios desafíos a la idea de reflexión infinita. Un problema es la divergencia. Las fuentes de luz normales pueden enfocarse en una dirección específica, pero toda la luz diverge en un haz cada vez más amplio, lo que le proporciona una irradiancia o densidad de potencia cada vez más débil (vatios por centímetro cuadrado).

Las fuentes de luz normales tienen una divergencia medida en radianes, pero los láseres tienen una divergencia tan baja que se miden típicamente en milirradios. Aún así, incluso los láseres más ajustados tienen una divergencia, incluso si los ejecuta a través de un colimador, lo que arruinaría el plan de doble espejo. Una respuesta a ese problema podría ser la concavidad en la óptica reflejada, pero buena suerte para lograrlo.

De nuevo, tendría que ser literalmente perfecto. Incluso la más pequeña imperfección en la pendiente reflectante de la óptica reflejada conduciría a una falla rápida. Esta perfección sería imposible de alcanzar.

Tanto la energía de la luz como la materia que refleja se cuantifican, lo que significa que hay un espacio vacío entre las partículas. Literalmente, todas las cosas físicas son digitales, no analógicas, sin importar cuán continuas puedan parecer. No importa qué, pasa ALGUNA luz, como con las famosas pruebas de lámina de oro.

Incluso la distancia entre la óptica debería ser perfecta para mantener la coherencia. La coherencia significa que las longitudes de onda de la luz monocromática están alineadas temporalmente, de modo que las crestas y los canales se suceden juntos. Esto sucede en un láser, pero los reflejos perturban esa coherencia perfecta.

También necesitará una óptica que permita la absorción CERO de la energía térmica del láser. Esto debería ser un filtro que permitiera que el rayo láser se transmitiera desde el lado del láser, pero que refleje al 100% desde el lado del espejo emparejado.

La razón por la que puede ver los láseres es porque se reflejan de partículas en el aire, como vapor de agua, polvo y, en programas de entretenimiento, neblina de efectos especiales. Por lo tanto, necesitaría un vacío completo para tener alguna esperanza.

Como técnico en láser, sé que realmente no hay forma de que podamos cumplir ninguno de estos requisitos previos con el estándar de perfección necesario. Sin embargo, ¿y si pudiéramos? ¿Sería técnicamente posible una reflexión infinita?

Teóricamente no. El principio de incertidumbre de la mecánica cuántica todavía estaría allí como una caída, aunque solo sea porque incluso el láser en sí no es perfecto. Las partículas no se mueven en las líneas rectas perfectas que podríamos esperar, sino como formas de onda, basadas en la ecuación de Shroedinger. Las partículas de luz (fotones) interfieren entre sí y crean un patrón de interferencia.

Esto seguiría siendo cierto, incluso cuando la mayor parte de la luz láser ha rebotado desde hace mucho tiempo en una dirección no reflejada y hemos reducido a un solo fotón. De alguna manera, a nivel cuántico, incluso un solo fotón interfiere consigo mismo. No se quedaría en un camino gaussiano perfecto.

Entonces, incluso con un vacío perfecto, ópticas perfectamente formadas y distanciadas y absorción cero o transmisión inversa, el láser en sí mismo se dispararía y saldría al espacio, lejos de esos costosos espejos perfectos.

No.

Esto toma un poco para explicar por qué.

Primero: los espejos deben ser perfectamente paralelos entre sí. Perfectamente. Si no lo están, incluso el error más pequeño hará que el láser se desplace hacia el borde del espejo, suponiendo que el rayo no se haya dispersado demasiado para ver este efecto. Como tal, es imposible saber con certeza que sus espejos estén perfectamente alineados.

Segundo: el emisor láser debe ser perfectamente perpendicular a ambos espejos. Como tal, no puede saber con certeza si está alineado correctamente.

Tercero: el emisor se interpone en el camino. Se supone que esto tiene lugar en el mundo real, y los emisores láser tienen componentes opacos. Entonces el láser rebota en el espejo y se golpea a sí mismo, bloqueando que la luz continúe hasta el siguiente espejo.

Cuarto: los láseres se dispersan. No lo hacen tan rápido como otras fuentes de luz porque el emisor concentra los fotones más fuertemente, formando un haz. Pero la razón por la que ve este rayo en el primero es porque la luz se dispersa tan pronto como sale del emisor. Entonces, eventualmente, el láser se dispersaría lo suficiente como para que ya no se vea ni funcione como un láser.

Esas son todas las razones por las que puedo pensar en este momento, pero hacen que este proyecto sea imposible. 🙁

EDITAR: Insto a todos los espectadores a tomar esto con un grano de sal. Es una situación hipotética en un campo en el que, para ser sincero, no soy la persona más conocedora. Acabo de ver preguntas similares a esta y otras cosas.

Sin embargo, ¡gracias por todos los comentarios! Insto a todos a leer los comentarios!

Con espejos perfectos en un vacío perfecto, la luz en una cavidad óptica perfecta permanecería para siempre. Donde trabajo he estado haciendo espectroscopía de anillo de cavidad: Wikipedia, que mide la vida útil de la luz atrapada para medir los espectros de absorción de partículas de muestra en la cámara de la cavidad.

Los mejores espejos reflejan aproximadamente el 99,9% y no hay vacío, por lo que en la vida real siempre habrá una disminución exponencial.

El problema esencial radica en la naturaleza de la propagación de excitaciones de campos cuánticos. El campo electromagnético que existe en todas partes puede transportar excitaciones con una sola dirección de propagación, como se requeriría que los fotones hicieran en su vuelo entre 2 espejos paralelos (digamos), pero tal excitación solo se logra cuando ocurre de manera uniforme en todos los cortes transversales espaciales. a esa dirección Cualquier intento de confinar los fotones dentro de los planos bidimensionales ortogonales a la única dirección de movimiento provocará inmediatamente que las excitaciones adquieran una dispersión direccional, lo que a su vez provocará la pérdida de fotones del sistema en cada pasada.

Con los espejos paralelos, esta pérdida será más rápida que con los espejos cóncavos cuidadosamente calculados que intentan reducir esta divergencia ‘difractiva’, pero incluso con la configuración de área de sección transversal finita mejor diseñada, las pérdidas a través de esta naturaleza básica de propagación de excitación de campo no pueden ser completamente eliminado, por lo que eventualmente no quedarán fotones dentro de los límites del sistema.

Por supuesto, uno podría garantizar la falta de escape al tener espejos totalmente cerrados; entonces la vida útil de los fotones libres dentro del sistema estará determinada por los mecanismos internos de pérdida de absorción por las superficies de los contenedores de los componentes de la atmósfera interna.

No podemos reflejar infinitamente un láser con 2 espejos (los espejos pueden incluso ser infinitamente grandes)

La luz puede interactuar en la interfaz en 3 tipos:

• Reflexión
• Transmisión (refracción)
• Absorción

Incluso suponga que si tiene 2 espejos muy pequeños, que se mantienen paralelos entre sí, y si deja que un rayo de luz incida en un espejo perpendicularmente, la luz no continúa su reflejo infinitamente.

• Recubrir un lado del espejo con mercurio ayuda a mejorar el número de reflejos.

La idea es que parte de la luz se transmite o absorbe.

Lo más cerca que podemos llegar a hacer esto es con un dispositivo llamado cavidad óptica (esencialmente dos espejos, generalmente cóncavos, a veces no). El láser se inyecta a través de la parte posterior de uno de los espejos (transmisivo de esta manera) y luego rebota entre los dos espejos. Si la cavidad está alineada apropiadamente, puede hacer esto por algún tiempo (he construido uno que tuvo una vida útil de alrededor de 10 microsegundos) hasta que la luz se pierde por la dispersión (los mejores espejos pueden ser 99.9999, etc.% reflectantes, pero nunca perfectos )

El láser, por definición, se forma como resultado de la liberación de energía, por lo tanto, la amplificación de la luz por EMISIÓN ESTIMULADA DE RADIACIÓN.

Digamos que debe reflejar un rayo láser en 2 espejos, sin preocuparse por la logística de cómo llegó allí en primer lugar. El láser solo seguirá emitiendo mientras la fuente emita la energía. Hasta que la fuente emita la radiación, existirá el rayo láser.

Una vez que se apaga la fuente, el haz también se apaga. La energía por sí sola no puede persistir en la misma forma sin continuar derivando de una fuente. Por lo tanto, nuevamente por definición, una vez que la fuente está apagada, el láser emitido por sí solo no puede sostenerse. Los fotones que chocan con el espejo y viajan a través de un medio utilizarán su energía inherente y se disiparán.

Respuesta teórica: sí. Si tiene espejos perfectamente alineados (o infinitamente grandes), con pérdida cero, en el vacío, puede rebotar la energía indefinidamente.

Respuesta real: no.

No en la vida real.

La respuesta es que siempre tendrá pérdidas (nada es perfecto, lo siento amigo), puede obtener espejos con reflectividades de 99.9 … 9% (algunos 9s allí) pero siempre tendrá una pérdida de 0.0 … 001% que a su vez no tendrá perfecto, recuerda, la luz viaja bastante rápido (¡casi 300000 km / s!), si tus espejos están separados por 6 km (lo cual es bastante) rebotarían 100000 veces cada espejo, cada vez que “perdiera” ese 0.0 … 001%, la ley de los grandes números no jugará a tu favor.

Todo gracias a la falta de materiales / espejos perfectos y la alta velocidad de la luz.

Como todos los demás han dado las respuestas más obvias, responderé un poco fuera de la caja general.

La respuesta más fácil es no, ya que el universo morirá eventualmente en un colapso, decadencia material u otra cosa, por lo que nada puede existir “infinitamente” (excepto si involucra a un Dios, pero entonces cualquier cosa es posible, por lo que lo excluimos de la respuesta)

Entiendo totalmente que este es un argumento realmente aburrido que mata todas las “discusiones infinitas”, pero ese es el punto, ya que en realidad siempre terminamos con cosas que son, en el mejor de los casos, “casi” infinitas, lo que nos obligará a definir “casi” que a su vez hace que el término infinito sea inútil.

Teóricamente, claro. En el mundo real no. No hay espejo perfecto. Se perderá un poco de energía en cada interacción entre la luz y la superficie del espejo. Entonces se agotará eventualmente.

No. Todos los espejos son imperfectos en este sentido y el rayo se disipará en algún momento.