Difracción de partículas y ondas

Una de las perspectivas considera la luz como una naturaleza ondulatoria; esta produce energía que atraviesa los espacios en una forma parecida a ondas pequeñas que se extienden por la superficie de un estanque en calma tras la caída de una roca. La perspectiva opuesta sostiene que la luz se compone de un flujo constante de partículas, como pequeñas gotas de agua rociadas por la boquilla de una manguera de jardín. A través de este tutorial interactivo, se analizará el comportamiento de las partículas y las ondas cuando son difractadas por una superficie opaca.

El tutorial trata primero las partículas provenientes de la luz roja monocromática (fotones) que chocan con la superficie de un tope de luz opaca, lo que genera un ángulo de incidencia de aproximadamente 90 grados. Al entrar en contacto con el tope, las partículas se desvían (no se ilustra) o pasan cerca del objeto sin desviarse. El control deslizante de partícula/onda, ubicado debajo del tope de luz, puede ser usado para transformar el haz de partículas en un frente de onda plano. Antes de convertirse en una onda, las partículas se alinean en ondas. Las ondas de luz interactúan con el tope de luz al difractar (o curvarse) hacia la región sombreada detrás de la barrera opaca. Es posible usar el cursor de ratón para desplazar el tope de luz opaca hacia adelante y atrás frente a las ondas o partículas que se aproximan.

Las partículas y las ondas demuestran comportamientos distintos cuando entran en contacto con el borde de un objeto y forman una sombra (Figura 1). Newton señaló rápidamente en su libro Óptica de 1704, que «a la luz nunca se le conoce por seguir pasajes retorcidos ni se doblega ante la sombra». Este concepto es coherente con la teoría de partículas, la cual plantea que las partículas ligeras siempre viajan en línea recta. Si entran en contacto con el borde de una barrera, las partículas proyectarían una sombra debido a que no se ven bloqueadas por la barrera, continuarían en línea recta y no podrían extenderse detrás del borde. En una escala macroscópica, esta observación es casi correcta, pero no concuerda con los resultados obtenidos a partir de los experimentos de difracción de luz a una escala inferior.

Cuando la luz pasa a través de una rendija estrecha, el haz se propaga y se amplifica más de lo esperado. Esta importante observación presta un cierto grado de credibilidad a la teoría ondulatoria de la luz. Al igual que las ondas en el agua, las ondas de luz que entran en contacto con el borde de un objeto parecen curvarse en torno a este último y en su sombra geométrica, que es una región sin iluminación directa por parte del haz de luz. Este comportamiento es análogo a las ondas de agua que envuelven el extremo de una balsa, en lugar de reflejarse.