Luz no polarizada

Sabemos que el haz de luz oscila en campo eléctrico y campo magnético, ambos perpendiculares tanto a la onda de propagación como entre sí. Sin embargo, ¿cómo es un haz de luz no polarizado?

¿Hay siempre una sola onda eléctrica en un punto específico de propagación? ¿Cada ola consecutiva está posicionada aleatoriamente? (Con su contraparte magnética perpendicular a sí mismo). ¿O hay más ondas superpuestas, viajando en una onda de propagación? ¿Son estas ondas superpuestas siempre de la misma longitud de onda?

¿Es precisa esta imagen? ¿Con una sola onda eléctrica (y su contraparte magnética), oscilando al azar para que cada onda consecutiva se posicione de manera diferente (pero aún perpendicular a la onda de propagación)?

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¿O es más bien este, con más ondas superpuestas y viajando juntas?

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proyectar muchas de las polarizaciones instantáneas en un solo plano (es decir, su primera figura) no es lo mismo que tener varias polarizaciones (equilibradas) en una ubicación (es decir, el haz incidente en su segunda figura). En tu primera figura, el campo simplemente gira y tú acumulas los resultados en el plano que se muestra a la derecha. En su segunda figura, la onda incidente contiene "todas" las polarizaciones en todos los puntos.

Respuestas (2)

En cualquier punto particular del espacio, solo hay un valor para el campo eléctrico. Por supuesto, si múltiples campos electromagnéticos se superponen en ese punto, entonces sus componentes de campo eléctrico se suman para producir el campo eléctrico total (esto se debe a que los campos electromagnéticos se combinan con la linealidad).

Cuando múltiples ondas electromagnéticas se superponen en el espacio, es más útil pensar en cada onda individualmente. Para una onda perfectamente no polarizada que sea monocromática, debe estar compuesta por una distribución uniforme de ondas polarizadas de manera diferente, cada una desfasada aleatoriamente (si estuvieran todas en fase, se cancelarían entre sí). Entonces, sí, el campo eléctrico neto en cualquier punto dado parecería cambiar rápidamente tanto en magnitud como en dirección (siempre cambiando continuamente, por supuesto, ya que es la suma de varios valores que cambian continuamente). Pero, por lo general, esta no es una vista útil, ya que es más fácil manejar los efectos de cada onda polarizada por separado.

Realmente no hay diferencia entre sus dos diagramas; el segundo diagrama simplemente observa los componentes de ondas electromagnéticas polarizadas que componen su onda no polarizada, mientras que el primer diagrama observa la suma de estos, que es exactamente la onda no polarizada total. Pero el segundo diagrama es más útil.

Eso no es cierto, lo que dices. La luz no polarizada no tiene polarización, incluso en un punto determinado del espacio y en un momento determinado. Quiero decir, puedes medir la proyección de la polarización en alguna dirección y si en un punto y tiempo determinados, todos los fotones pasan a través del polarizador, entonces en el punto y tiempo dados el haz está polarizado. Te sugiero que reconsideres tu respuesta.
Por 'cualquier punto particular en el espacio', ¿te refieres a un punto en el espacio o un punto en la línea de propagación?
@Sofia: Estoy de acuerdo en que la polarización no está bien definida en la luz no polarizada, pero puedes ver cómo se comporta el campo eléctrico. No estoy seguro de cuál es tu crítica; Creo que ciertamente es razonable pensar en cualquier onda EM descomponiéndola en componentes polarizados, ¿no?
@Roll: no lo dije explícitamente, pero estoy considerando ondas planas infinitas, que son las ondas EM más simples, por lo que las ondas pasan por todos los puntos del espacio.
@HarryLevine: dices "puedes ver cómo se comporta el campo eléctrico". ¿Cómo puedo mirar el campo eléctrico? tengo que medirlo? ¿Cómo? ¿Puede indicar un procedimiento? ¿Dejo que un electrón se mueva y miro en qué dirección se mueve? No ayudará, porque el campo eléctrico en un punto dado del espacio varía con el tiempo. El haz em viaja, hasta que el electrón se mueve, otra parte del haz llega a la región del electrón.
@HarryLevine: mejor volvamos a la polarización. Para un haz no polarizado, cualquiera que sea la dirección que elija para un polarizador, la mitad del fotón pasa y la otra mitad no. Para mayor claridad, suponga un polarizador que se polariza en la dirección x y un fotón que lo atraviesa. No significa que el fotón estuviera polarizado en x. Ni siquiera significa que el fotón tuviera una polarización bien definida. De un solo fotón no podemos inferir nada. Dijiste: "En cualquier punto particular del espacio, solo hay un valor para el campo eléctrico". ¿Quien te lo dijo? Para un haz no polarizado no es cierto.
@Sofia: Según tengo entendido, el campo eléctrico es de hecho una cantidad medible. Coloque una carga de prueba en algún punto del espacio y mida la fuerza sobre ella. Incluso si el campo está cambiando, aún puede medir la fuerza instantánea en una carga de prueba. ¿No estás de acuerdo con que el campo eléctrico sea una cantidad medible?
@Sofia: La declaración de la pregunta analiza la comprensión clásica de las ondas electromagnéticas, que es la de los campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se propagan a sí mismos en el vacío (no es un medio para simplificar). En este contexto, no hay fotones, solo hay campos oscilantes, y podemos discutir de manera significativa las mediciones de estos campos: el punto central de la pregunta es la medición de la dirección del campo eléctrico. Sin embargo, para ser justos, no sé mucho sobre la polarización de fotones individuales.
@Sofia: Finalmente, creo absolutamente que el campo eléctrico tiene solo un valor en cualquier punto del espacio. ¿El problema que tomas con esto es de mecánica cuántica, o incluso en física clásica no estás de acuerdo? El campo E es un campo vectorial, que tiene un vector asignado a cada punto en el espacio. Ciertamente, puede descomponer cualquier vector en componentes, pero el campo E asigna un vector particular a cada punto en el espacio.
@HarryLevine: técnicamente, tiene razón en que los campos, por definición, tienen una magnitud y una dirección en una ubicación espacial y un tiempo determinados en la teoría clásica (no estoy seguro de si QFT o QCD tienen adiciones/calificaciones especiales). Sin embargo, no se requiere que los campos se agreguen linealmente. Ignorando esa complicación, podría imaginar una onda plana lineal no polarizada con un campo eléctrico neto de cero en un punto arbitrario.
@honeste_vivere: Supongo que los campos en general no están obligados a sumar linealmente, pero la linealidad se mantiene en el electromagnetismo, ¿no es así? Las ecuaciones de Maxwell son lineales, por lo que siempre podemos analizar los campos electromagnéticos como la suma de varios componentes.
@HarryLevine: supongo que tenía dos puntos que señalar con ese comentario. La primera fue que la superposición de dos modos que dan como resultado un campo eléctrico neto cero técnicamente no estaría polarizada. Y mi segundo punto es que, si bien las ecuaciones de Maxwell pueden ser lineales, las ondas electromagnéticas no necesitan serlo, ya que pueden interactuar con un medio de forma no lineal (p. ej., ondas en plasmas). En el último caso, es posible medir un campo eléctrico neto cero (bueno, un campo cero por encima del umbral de ruido).

Veo tu punto, pregunta interesante.

En cuanto a tu primera pregunta, el diagrama de arriba sería más preciso, pero... comprueba que puedes tener uno o varios campos eléctricos, no importa. Cuando tienes muchos campos eléctricos, se suman como vectores. El diagrama superior solo muestra los "vectores resultantes", pero esa luz puede estar formada por muchos vectores o no.

De hecho, en realidad, siempre puedes dividir un campo eléctrico en tantos componentes como quieras. Por lo general, lo dividimos en dos componentes perpendiculares (x, y; izquierda y derecha, o cualquier otra).

En cuanto a la segunda foto... es diferente. Está demostrando que, si arrojas campos eléctricos en cualquier dirección, solo pasará el componente vertical.

Sin embargo, eso no sería luz no polarizada porque la luz no polarizada no tiene 3 componentes distribuidos simétricamente (de lo contrario, el campo neto sería 0), es solo una representación de que, si arroja varios campos, solo pasará el componente vertical. Comprobar que la "onda vertical" no es la única que pasa. También pasaría la mitad de la onda de 45 grados.

Por otro lado, si las amplitudes variaron en el segundo diagrama, también podría ser luz no polarizada, porque siempre puedes dividir tu campo eléctrico en 3 componentes, o tantos como quieras. Entonces, una combinación de tres campos eléctricos aleatorios también daría un campo aleatorio neto.

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