Como todos sabemos, la luz viaja en movimiento rectilíneo. Pero, ¿podemos desviar la luz en una trayectoria parabólica? Si no es en la práctica, ¿es posible hacerlo en papel? ¿Alguien ha logrado hacer eso en la práctica?
Respuesta
La luz, en circunstancias generales, no viaja en línea recta (aunque lo hace en las que solemos encontrar).
Por un lado, la luz es en realidad una onda y solo se puede pensar aproximadamente que consiste en rayos que se propagan de forma independiente. Esto sucede cuando la longitud de onda de la luz es mucho más pequeña que las distancias por las que se propaga, que suele ser el caso de la luz (cuya longitud de onda en el rango visible es de $ 0,4 $ a $ 0,7 \, \ mu \ textrm {m} $) pero no es necesariamente el caso, por ejemplo para ondas de radio y cuando hay nanopartículas involucradas .
En este límite de longitud de onda corta, la propagación de la onda da paso a la propagación de los rayos (que es un caso especial y aproximado de la primera), y específicamente al principio de Fermat para el descripción matemática de la luz. Este principio establece que los rayos de luz que comienzan en $ A $ y terminan en $ B $ seguirán la ruta que minimiza el tiempo de viaje $$ S = \ int_A ^ B n (s) \ textrm {d} s , $$ donde $ n (s) $ es el índice de refracción (posiblemente espacialmente dependiente) a lo largo de la ruta.
Para un medio homogéneo, esto da líneas rectas para la propagación. Para una interfaz plana entre dos diferentes medios da ley de Snell para la refracción y también describe la reflexión. (Sin embargo, debido a que no tiene en cuenta la naturaleza real de la luz como un campo eléctrico oscilante, esta descripción no puede predecir coeficientes de transmisión o reflexión .
Sin embargo , si el medio no es homogéneo, la luz no viajan en línea recta, y en el caso de inhomogeneidades complicadas, la ruta puede ser igualmente difícil de calcular. Para ver un ejemplo, consulte la formación de espejismos o más generalmente refracción atmosférica . A la inversa, si uno tiene un camino que desea que tome un rayo de luz determinado, entonces es posible diseñar una dependencia espacial del índice de refracción que haga que la luz se doble de esa manera. (Por supuesto, si tal dependencia es físicamente razonable es otro asunto; si la trayectoria se dobla demasiado bruscamente, es posible que no sea posible encontrar materiales con los Se necesitan índices y gradientes de índice muy grandes.)
Respuesta
Doblamos la luz todo el tiempo, usando lentes.
La luz se dobla cuando pasa de un material a otro, debido a la conservación del impulso.
La ley de Snell describe cómo se dobla la luz.
La luz también se dobla cuando pasa por grandes objetos: observe las «lentes gravitacionales» si está interesado.
La luz se puede efectivamente doblar en una trayectoria parabólica utilizando materiales que tienen un índice de refracción cambiante. Esto se hace en fibra óptica usando « fibra de índice graduado «.
Comentarios
- ¡Lo siento, olvidé agregarle una ruta parabólica! ¡Ya he hecho eso!
- Yo no ‘ t diría que la luz está de todos modos (efectivamente o no) doblada en las fibras de índice graduado. Es ‘ tan engañoso como dibujar el reflejo de un rayo de luz en una fibra de índice escalonado. En una fibra monomodo de índice gradual recto, la luz se propaga a lo largo de una línea recta porque forma una onda estacionaria en la dirección transversal, por lo que no hay propagación.
- @texnic: pero en índice graduado multimodo fibras la luz indee sigue un camino sinusoidal.
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Para generalizar todas las buenas respuestas aquí, podemos doble la luz en casi cualquier forma utilizando fibras ópticas o cristales fotónicos. Aunque puede parecer artificial, es básicamente equivalente a todos los demás métodos porque se rige por las mismas leyes de la física.
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Se han mostrado soluciones teóricas a las ecuaciones de Maxwell donde los haces de luz pueden viajar a lo largo de trayectorias curvas incluso en el vacío. Ciertamente no soy un experto en este campo, así que no intentaré explicar ninguna teoría, solo recuerdo haber leído sobre el estudio. Puedes leer sobre esto aquí: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . O intente buscar en Google «Airy Beam»
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Estoy de acuerdo con 16BitTons. Se dice que la luz viaja en línea recta, pero debido a la gran cantidad de instrumentos ópticos que utilizamos en la actualidad, a saber, lentes, espejos, prismas, etc. podemos cambiar la dirección del movimiento de la luz, desviarla de su trayectoria real y, por tanto, «doblarla».Aquí también sugeriría que, al igual que en geometría, sabemos que el círculo es una combinación de una serie de pequeñas líneas rectas unidas para formar la forma final. Intente tomar triángulo, cuadrado, pentágono ….., icoságono, … ya medida que subes más y más, la forma tiende a convertirse en un círculo más. Si se puede organizar una configuración experimental similar para preparar una parte de la curva usando una combinación de varios espejos, y luego se hace que la luz incida desde un extremo, entonces es posible que podamos ver la «curvatura» de la luz. desde el otro extremo.