Como dobrar a luz?

A luz, em circunstâncias gerais, não viaja em linha reta (embora faz isso naqueles que geralmente encontramos).

Por um lado, a luz é realmente uma onda e só pode ser considerada como consistindo de raios que se propagam independentemente. Isso acontece quando o comprimento de onda da luz é muito menor do que as distâncias pelas quais ela está se propagando, o que geralmente é o caso da luz (cujo comprimento de onda na faixa visível é de $ 0,4 $ a $ 0,7 \, \ mu \ textrm {m} $), mas não é necessariamente o caso, por exemplo para ondas de rádio e quando nanopartículas estão envolvidas .

Neste limite de comprimento de onda curto, a propagação da onda dá lugar à propagação do raio (que é um caso especial aproximado da primeira) e, especificamente, ao princípio de Fermat para o descrição matemática da luz. Este princípio afirma que os raios de luz começando em $ A $ e terminando em $ B $ seguirão o caminho que minimiza o tempo de viagem $$ S = \ int_A ^ B n (s) \ textrm {d} s , $$ onde $ n (s) $ é o índice de refração (possivelmente dependente do espaço) ao longo do caminho.

Para um meio homogêneo, isso realmente fornece linhas retas para propagação. Para uma interface plana entre dois diferentes meios de comunicação fornece a lei de Snell para refração e também descreve a reflexão. (No entanto, porque não leva em conta a natureza real da luz como um campo elétrico oscilante, esta descrição não pode prever coeficientes de transmissão ou reflexão .

No entanto, , se o meio não for homogêneo, a luz não viajar em linha reta, e para não homogeneidades complicadas, o caminho pode ser correspondentemente difícil de calcular. Para um exemplo, veja a formação de miragens ou mais geralmente refração atmosférica . Por outro lado, se alguém tem um caminho que deseja que um determinado raio de luz tome, então é possível projetar uma dependência espacial de índice de refração que fará a luz se curvar dessa maneira. (Claro, se tal dependência é fisicamente razoável é outra questão; se o caminho se dobra muito abruptamente, então pode não ser possível encontrar materiais com os são necessários índices e gradientes de índice consideravelmente grandes.)

Nós dobramos a luz o tempo todo – usando lentes.

A luz se curva ao passar de um material para outro, devido à conservação do momento.

A lei de Snell descreve como a luz se curva.

A luz também é curvada ao passar por uma área massiva objetos – veja “lentes gravitacionais” se estiver interessado.

A luz pode ser efetivamente dobrada em um caminho parabólico usando materiais que mudam o índice de refração. Isso é feito em fibra óptica usando “ fibra de índice graduado .”

Comentários

• desculpe, eu esqueci de adicionar o caminho parabólico a ele! Já fiz isso!
• Eu não ' diria que a luz é de qualquer maneira (efetivamente ou não) curvada nas fibras de índice graduado. É ' tão enganoso quanto desenhar a reflexão de um raio de luz em uma fibra de índice de degrau. Em uma fibra monomodo de índice graduado reto, a luz se propaga ao longo de uma linha reta porque forma uma onda estacionária na direção transversal, então não há propagação.
• @texnic: mas em índice graduado multimodo fibras a luz indee segue um caminho sinusoidal.

Para generalizar todas as boas respostas aqui, podemos dobre a luz em quase qualquer forma usando fibras ópticas ou cristais fotônicos. Embora possa parecer artificial, é basicamente equivalente a todos os outros métodos porque é regido pelas mesmas leis da física.

Soluções teóricas para as equações de Maxwell, onde feixes de luz podem viajar ao longo de trajetórias curvas, mesmo no vácuo, foram mostradas. Certamente não sou um especialista neste campo, então não tentarei explicar nenhuma teoria, apenas me lembro de ter lido sobre o estudo. Você pode ler sobre isso aqui: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . Ou tente pesquisar no Google “Airy Beam”

Eu concordo com 16BitTons. Afirma-se que a luz viaja em linha recta, mas devido ao grande número de instrumentos ópticos que utilizamos hoje, nomeadamente lentes, espelhos, prismas, etc. somos capazes de mudar a direção do movimento da luz, desviá-la de seu caminho real e, portanto, “dobrá-la”.Aqui, eu também sugeriria que, como na geometria, sabemos que o círculo é uma combinação de várias pequenas linhas retas unidas para formar a forma final. Tente pegar triângulo, quadrado, pentágono ….., icoságono, … e conforme você sobe mais e mais, a forma tende a se tornar mais um círculo. Se uma configuração experimental semelhante pode ser arranjada para preparar uma parte da curva usando uma combinação de uma série de espelhos, e então a luz é incidente de uma extremidade, então podemos ser capazes de ver a “curvatura” da luz do outro lado.