Coherencia temporal de la luz "incoherente"

La coherencia espacial se debe a que incluso para un solo fotón emitido es la misma onda la que llega a las 2 rendijas.

No estoy muy seguro de lo que quieres decir con eso. La coherencia espacial no tiene nada que ver con los fotones, proviene del tamaño aparente de la fuente tal como la ve el observador. Cada fuente que desee utilizar en un experimento de interferencia (una lámpara espectral, una estrella, un láser) tiene un tamaño finito. Para aumentar el contraste, desea utilizar una fuente que sea lo más puntual posible para evitar la superposición de patrones de interferencia provenientes de diferentes puntos incoherentes de la fuente. Es por eso que, como señaló @CuriousOne, las estrellas producen patrones de interferencia muy coherentes: su tamaño angular es muy pequeño para un observador sentado en la superficie de la Tierra.

En cuanto al láser, no necesitas preocuparte por el tamaño del haz porque su naturaleza cuántica lo hace espacialmente coherente.

La coherencia temporal es una historia diferente. Hay dos formas equivalentes de representarlo (vinculadas por la transformada de Fourier). Tomemos el caso de una fuente puntual que emite algo de radiación a una frecuencia$\omega$. Debido a las excitaciones térmicas, la fase de emisión$\phi (t)$saltará aleatoriamente en una escala de tiempo típica$\tau$. Dos rayos que se superponen al patrón de interferencia serán coherentes si su retardo respectivo es menor que$\tau$, que define el tiempo de coherencia. Está ligado a la longitud de coherencia de la fuente por un factor de$c$, la velocidad de la luz.

En el dominio de la frecuencia, este cambio aleatorio de fase$\phi(t)$provoca un ensanchamiento del pico de emisión a la frecuencia$\omega$, que se convierte en un pico lorentziano centrado en$\omega$con algo de ancho$\Delta \omega$. La cantidad

$\tau = \frac{1}{\Delta \omega}$

define en este caso el tiempo de coherencia de la fuente, que nuevamente está vinculado a la longitud de coherencia por$l_c = c \tau$. Todas las fuentes que se te ocurran tienen una longitud de coherencia finita, incluso los láseres más estables (cuya longitud de coherencia aún puede alcanzar cientos de kilómetros). Para comparar, lámparas espectrales regulares utilizadas en laboratorios escolares$l_c$del orden de unos pocos milímetros a unos pocos centímetros, y una bombilla es más del orden de unas pocas micras.

En cuanto a su última pregunta, se ha realizado un experimento similar, aunque no implica una doble rendija. Se llama el experimento de Michelson y, mediante el uso de espejos, prueba el patrón de interferencia creado por la luz cuando las ondas de luz se combinan con versiones de sí mismas con retraso en el tiempo. Al cambiar la distancia de uno de los espejos, se puede controlar el tiempo de retardo. Una cierta cantidad de retraso desvanece la interferencia, y una cierta cantidad más hace que la interferencia desaparezca por completo.

Además, la coherencia espacial que mencionas necesaria para ver la interferencia en el experimento de la doble rendija, a menos que estés usando una fuente de luz que sea lo suficientemente coherente espacialmente, la proporciona la difracción. Por ejemplo, una rendija simple a menudo se coloca a cierta distancia frente a la rendija doble. El efecto hace que las ondas de luz viajen a las dos rendijas en fase entre sí (suponiendo luz monocromática), que es precisamente lo que se necesita para la interferencia.

EDITAR: "El efecto hace que las ondas de luz viajen a las dos rendijas en fase entre sí (suponiendo luz monocromática), que es precisamente lo que se necesita para la interferencia". Debo agregar que esto no significa, sin embargo, que las ondas de luz golpearán la superficie con la doble rendija al mismo tiempo. Simplemente significa que las ondas viajarán a la doble rendija orientada de cresta a cresta y de valle a valle. Eso es lo que se necesita para ver los patrones de interferencia destructiva.