¿La trayectoria de la luz es una onda?

En general, la luz se propaga en línea recta en situaciones donde su longitud de onda es mucho más pequeña que las otras dimensiones lineales del problema. Como la luz en el rango visible tiene longitudes de onda de aproximadamente medio micrón, esto cubre la mayoría de las circunstancias cotidianas, pero hay excepciones. (Por ejemplo, ilumine con un puntero láser un cabello humano en una habitación oscura y obtendrá flecos de interferencia de doble rendija).

La luz es una onda independientemente de la existencia de fotones e independientemente de su amplitud. Es solo en el límite de la 'óptica geométrica' de pequeña longitud de onda que se puede empezar a hablar de rayos de luz.

(Por otro lado, la línea ondulada que ve en los esquemas no tiene por qué ser incorrecta, pero debe tomarla con cuidado. No es un ondulado espacial, pero es el campo eléctrico que forma la luz que va en una dirección y luego en otra. mientras recorres el camino de la luz.)

Tú y tu amigo están confundiendo dos aspectos de la naturaleza de la luz:

1) la clásica , que representa con éxito la luz como una variación sinusoidal de los campos eléctricos y magnéticos que componen la radiación

2) el mecánico cuántico donde la luz está formada por un número innumerable de partículas llamadas fotones.

El caso clásico se atiene a dimensiones de fracciones de micras y la óptica y la interferencia de la luz son fenómenos observados y explicados con la electrodinámica clásica. Tus líneas rectas pertenecen a la parte de la óptica geométrica del caso. En este marco, aumento de amplitud significa aumentar la energía que lleva la luz en el campo, la amplitud es la altura del campo eléctrico y magnético. Aumentar el contenido de energía no agregará ondulaciones :). El camino seguirá los mismos rayos ópticos clásicos.

En el caso de la mecánica cuántica/partícula, el fotón se caracteriza por su frecuencia nu, la misma que la frecuencia de la onda clásica, pero su existencia tiene solo dos variables, espín (+/-1) y energía=h*nu donde h es la constante de Planck . No existe amplitud para aumentar, pero el patrón de interferencia observado en el experimento de dos rendijasincluso cuando pasa un fotón a la vez es el efecto de la naturaleza mecánica cuántica de las partículas (y toda la naturaleza a nivel micro). Las trayectorias de las partículas en el nivel de la mecánica cuántica no obedecen las leyes de la mecánica clásica sino que dependen de las soluciones de las ecuaciones de la mecánica cuántica que describen la dinámica del problema. Estas soluciones dan ondas de probabilidad, es decir, dependencias sinusoidales en el espacio (x,y,z) y el tiempo para encontrar la partícula/fotón en un punto específico del espacio. Tenga en cuenta que es una probabilidad de encontrarlo allí, no una variación en la distribución espacial de la partícula/fotón, su energía no se distribuye. O lo ves en un punto o no, con una probabilidad calculable.

Por lo tanto, en el caso de la mecánica cuántica no hay que cambiar la amplitud para ver el patrón de interferencia. El cambio en las condiciones de contorno del problema (una rendija/dos rendijas) cambia la solución/probabilidades y aparece la interferencia. Caracteriza la naturaleza mecánica cuántica de todos los fenómenos a esta escala (los electrones también lo hacen).

La declaración :

Incluso he oído que algunas cosas son demasiado pequeñas para verse porque son más pequeñas que la longitud de onda de la luz (y, por lo tanto, la luz se mueve a su alrededor).

También están los dos marcos en este caso también. Demasiado pequeño y demasiado grande tienen que ser cuantificados. Tome las ondas de radio, sus longitudes de onda son tan grandes que no ven la estructura atómica de algunas paredes, por ejemplo, y pueden propagarse clásicamente con una pérdida de energía. No se mueven, pueden desviarse o reflejarse, pero eso también puede seguir caminos ópticos. La luz visible atraviesa el vidrio, no "ve" la estructura atómica del vidrio, pero no se mueve (habría grandes distorsiones) , sigue caminos ópticos calculables. Cuando bajamos a los fotones, la naturaleza mecánica cuántica interactuará con la estructura atómica y pueden aparecer desplazamientos, regidos por la probabilidad para la solución mecánica cuántica del problema.

Demasiado pequeño para ser visto por una frecuencia óptica dada significa que el campo electromagnético no interactúa cuando pasa por el "pequeño", pero mantiene su camino óptico.

Para completar, los dos, el clásico y el cuántico, se fusionan suavemente cuando se trata de un gran número de fotones, como en la onda electromagnética clásica. Aquí se explica cómo se construye el clásico a partir del cuántico , pero se necesita mucha experiencia en física para comprenderlo.