Come piegare la luce?

La luce, in circostanze generali, non viaggia in linea retta (sebbene lo fa in quelli che incontriamo di solito).

Per prima cosa, la luce è davvero unonda e può essere pensata solo approssimativamente come composta da raggi che si propagano indipendentemente. Ciò accade quando la lunghezza donda della luce è molto più piccola delle distanze su cui si sta propagando, che di solito è il caso della luce (la cui lunghezza donda nellintervallo visibile va da $ 0,4 $ a $ 0,7 \, \ mu \ textrm {m} $) ma non è necessariamente il caso ad es per onde radio e quando sono coinvolte nanoparticelle .

In questo limite di lunghezza donda corta, la propagazione delle onde lascia il posto alla propagazione dei raggi (che è un caso speciale e approssimativo del primo), e in particolare al principio di Fermat per il descrizione matematica della luce. Questo principio afferma che i raggi di luce che iniziano a $ A $ e finiscono a $ B $ seguiranno il percorso che minimizza il tempo di viaggio $$ S = \ int_A ^ B n (s) \ textrm {d} s , $$ dove $ n (s) $ è lindice di rifrazione (possibilmente dipendente dallo spazio) lungo il percorso.

Per un mezzo omogeneo, questo fornisce effettivamente linee rette per la propagazione. Per uninterfaccia planare tra due media diversi fornisce la legge di Snell per la rifrazione e descrive anche la riflessione. (Tuttavia, poiché non tiene conto della natura effettiva della luce come campo elettrico oscillante, questa descrizione non può prevedere i coefficienti di trasmissione o riflessione .

Tuttavia , se il mezzo non è omogeneo, la luce non viaggia su una linea retta e per disomogeneità complicate il percorso può essere altrettanto difficile da calcolare. Per un esempio, vedi la formazione di miraggi o più in generale rifrazione atmosferica . Al contrario, se si ha un percorso che si desidera che un dato raggio di luce prenda, allora è possibile progettare una dipendenza spaziale dellindice di rifrazione che farà piegare la luce in quel modo. (Naturalmente, se tale dipendenza è fisicamente ragionevole è unaltra questione; se il percorso si piega troppo bruscamente, potrebbe non essere possibile trovare materiali con i corres Indice e gradienti di indice estremamente grandi necessari.)

Pieghiamo la luce tutto il tempo, usando lenti.

La luce si piega quando si passa da un materiale a un altro, a causa della conservazione della quantità di moto.

La legge di Snell descrive come la luce si piega.

La luce viene piegata anche quando si viaggia oltre oggetti – guarda in “lenti gravitazionali” se sei interessato.

La luce può essere efficacemente piegata in un percorso parabolico utilizzando materiali che hanno un indice di rifrazione variabile. Questa operazione viene eseguita in fibra ottica utilizzando “ fibra graduata .”

Commenti

• scusa, ho dimenticato di aggiungere il percorso parabolico! Ora lho fatto!
• Non vorrei ' dire che la luce è comunque (efficacemente o meno) piegata nelle fibre a indice graduato. ' è fuorviante quanto disegnare il riflesso del raggio di luce in una fibra con indice di gradino. In una fibra monomodale diritta con indice graduato, la luce si propaga lungo una linea retta perché forma unonda stazionaria nella direzione trasversale, quindi non cè propagazione.
• @texnic: ma in multimodale graded-index fibre lindice della luce segue un percorso sinusoidale.

Per generalizzare tutte le belle risposte qui, possiamo piegare la luce in quasi tutte le forme utilizzando fibre ottiche o cristalli fotonici. Sebbene possa sembrare artificiale, è sostanzialmente equivalente a tutti gli altri metodi perché è governato dalle stesse leggi della fisica.

Sono state mostrate soluzioni teoriche alle equazioni di Maxwell in cui i fasci di luce possono viaggiare lungo traiettorie curve anche nel vuoto. Non sono certamente un esperto in questo campo, quindi non cercherò di spiegare nessuna teoria, ricordo solo di aver letto dello studio. Puoi leggere a riguardo qui: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . Oppure prova a cercare su Google “Airy Beam”

Accetto 16BitTons. Si afferma che la luce viaggia in linea retta, ma a causa dellenorme numero di strumenti ottici che utilizziamo oggi, ovvero lenti, specchi, prismi, ecc. siamo in grado di cambiare la direzione del movimento della luce, deviarla dal suo percorso effettivo e quindi “piegarla”.Qui suggerirei anche che, come in geometria, sappiamo che il cerchio è una combinazione di un numero di piccole linee rette unite insieme per formare la forma finale. Prova a prendere triangolo, quadrato, pentagono ….., icosagono, … e man mano che si sale sempre più in alto la forma tende a diventare sempre più un cerchio. Se una configurazione sperimentale simile può essere organizzata per preparare una parte della curva utilizzando una combinazione di un numero di specchi, e quindi la luce viene resa incidente su unestremità, allora potremmo essere in grado di visualizzare la “flessione” della luce dallaltra estremità.