¿Por qué pensamos en la luz como una onda?

La luz es una onda, una onda electromagnética. Las ondas de radio y las microondas también son ondas electromagnéticas, solo que tienen diferentes longitudes de onda. Wikipedia tiene una bonita imagen que muestra el espectro electromagnético

¿Por qué tiene una longitud de onda...

Tiene una longitud de onda porque hay un espacio físico entre los picos de las ondas: es una onda real, física. Al igual que las ondas de agua y las ondas de sonido, puede hacer "cosas de ondas" a las ondas de luz, como enviarlas a través de rejillas de difracción y ver la interferencia.

y lo que crea su longitud de onda

Lo que crea la luz le da energía, y la longitud de onda es proporcional a esa cantidad de energía:

¿La luz también vibra? Si es así, ¿cómo?

Las ondas de sonido son ondas de energía que comprimen la materia; no se puede tener una onda de sonido en el vacío. Las ondas de luz también son ondas de energía, pero no necesitan materia para avanzar. Es por eso que podemos ver la luz del sol, pero no podemos oír el sol. (Y es por eso que en el espacio, nadie puede oírte gritar).

Este tema puede complicarse mucho muy rápido. Porque aunque la luz es una onda, también es una partícula. Muchas personas realmente inteligentes se han estado rascando la cabeza por eso, y lo estarán durante mucho tiempo.

Quiero darte un ejemplo de cómo se puede crear la luz. Esto ha sido útil para mis alumnos cuando se trata de visualizar la luz como una onda. Esta no es la única forma en que se puede crear la luz, pero es una forma un poco más fácil de visualizar y puede ayudarlo a comprender por qué se puede ver como una onda.

Imagina una carga eléctrica. Esta carga crea un campo eléctrico a su alrededor, que es lo que le permite ejercer fuerza sobre otras cargas.

Si movemos esa carga, el campo eléctrico asociado a ella también se moverá. Sin embargo, y esto es realmente clave: el campo eléctrico no se ajusta instantáneamente. Se necesita tiempo para que el campo "se ponga al día" con la nueva posición de la carga. Hay una gran simulación de eso en este enlace . Es un poco exagerado, pero te mostrará la idea básica. Puedes ver que mover la carga crea una perturbación en el campo eléctrico que se parece mucho a una onda.

También hay una parte magnética en esto, que es más compleja y no se muestra en esa animación.

Las cargas en movimiento son la forma en que creamos ondas de radio, que son una forma de luz. (No son la luz visible a la que te referías, pero hay muchos tipos diferentes de luz ). Las ondas de radio se crean moviendo corrientes eléctricas arriba y abajo de la torre de transmisión a través de un circuito diseñado para hacerlo.

A la gente le tomó un tiempo darse cuenta de que las ondas de radio, la luz visible, los rayos X y muchas otras cosas son formas de luz realmente diferentes. Una vez que nos dimos cuenta de eso, quedó claro que podíamos representar la luz visible con una onda, una onda electromagnética , con una longitud de onda, frecuencia, amplitud, velocidad y todas las cosas que normalmente tienen las ondas. La onda no es "luz vibrando", la luz en sí misma son vibraciones en el campo eléctrico (y magnético).

También debo mencionar que @Robert es correcto. La luz se puede modelar como una onda porque se comporta como tal bajo ciertas circunstancias. También se puede modelar como una partícula (el fotón) o como un conjunto de ondas denominado "paquete de ondas".

¡Espero que eso ayude!

La luz es una onda electromagnética. Hablamos de la naturaleza dual de la luz ya que en algunos casos muestra propiedades de onda y otras veces como partículas, cada una en un estado diferente de cuantos.

Cuando un metal se calienta, emitirá fotones a medida que los electrones cambien sus niveles de energía. Dado que los electrones son emitidos por un metal a una cierta frecuencia de luz, indica que la luz consiste en una partícula llamada fotón. El aumento de la intensidad de la luz aumenta la tasa de emisión de electrones. Esta no es una propiedad de una onda.

Sin embargo, cuando la luz golpea un objeto transparente en un ángulo, se refractará (excepto a 90 grados). Esta es una propiedad de una onda.

Por lo tanto, la luz se ve como ondas eléctricas y ondas magnéticas que oscilan en ángulo recto entre sí. La luz siempre es una onda o una partícula, pero nunca ambas a la vez. Bienvenido a la naturaleza dual de la luz.

Para empezar, solo te preocupas por el límite clásico de la física (olvídate de la mecánica cuántica). Cuando resuelvas las ecuaciones de Maxwell sin carga, terminarás con una ecuación que es similar a una ecuación de onda. Si ve la historia de las ecuaciones diferenciales parciales, los matemáticos han encontrado un montón de ecuaciones como "Ecuación de calor", "Ecuación de onda", "Ecuación de Poisson", etc. Y la ecuación de Maxwell sin carga y corriente eléctrica coincide exactamente con la ecuación de onda. Esto llevó a creer que la luz está formada por una onda de campo magnético.$\vec{B}$oscilante mutuamente perpendicular a la onda del campo eléctrico$\vec{E}$.

¿Por qué es muy difícil de responder...

La velocidad de una onda se llama celeridad porque el medio en el que se forma la onda no se mueve pero la naturaleza encontró la manera de propagarse, disipar la energía sin mover toda la materia: la onda.

Para la luz, hay, por ejemplo, una perturbación eléctrica (digamos una chispa) en el espacio, luego la ecuación de Maxwell nos dice cómo la perturbación eléctrica genera una perturbación magnética que genera una perturbación magnética y así sucesivamente. La perturbación es entonces de naturaleza electromagnética y la velocidad de propagación es c.

Espero haber respondido a su pregunta, si necesita que vaya más allá, hágamelo saber porque las preguntas que comienzan con la palabra por qué son las más interesantes pero las más difíciles de satisfacer.

Actualmente, la luz se considera tanto como una onda como compuesta de partículas (fotones), porque, como mencionó Robert en su respuesta, ciertos fenómenos requieren modelar la luz como una onda para explicar (interferencia, difracción, etc.), y otros requieren fotones ( como el efecto fotoeléctrico).

¿Por qué pensamos en la luz como una onda? Porque modelarlo como una onda predice correctamente una amplia gama de fenómenos físicos. ¿Qué es la 'ola'? Las ecuaciones de Maxwell nos dicen que la onda es perturbaciones en el campo electromagnético. Es este campo el que 'vibra' u oscila.

En la física clásica, la luz (visible e invisible) se modela matemáticamente como una onda electromagnética, es decir, ondas en los campos eléctrico y magnético .

Las ondas electromagnéticas no se limitan a la luz visible. Por ejemplo, las ondas de radio son simplemente "luz" de longitud de onda muy larga. Los rayos X y los rayos gamma son "luz" de longitud de onda muy corta.

La luz no vibra. Más bien, el campo electromagnético apoya la propagación de "perturbaciones". Por ejemplo, si un electrón fuera a acelerar repentinamente, la perturbación en el campo eléctrico y magnético asociado con el electrón se propaga hacia afuera desde la ubicación del electrón con una velocidad de c, la velocidad de la luz. Esto es algo análogo a una perturbación en el aire debido, por ejemplo, a un altavoz que se propaga hacia afuera a la velocidad del sonido.

Por supuesto, imaginar "vibraciones" en el campo electromagnético no es tan fácil como imaginar "vibraciones" en el aire. Durante años, los físicos pensaron que tenía que haber una sustancia, llamada éter, que llenaba todo el espacio y era el medio para la propagación de las ondas de luz. Fue el fracaso en la detección del éter lo que condujo al desarrollo de la Teoría Especial de la Relatividad.

Si la luz visible es parte de la LUZ, que tiene un amplio espectro, incluyendo gamma, rayos X, sonido, entonces ¿por qué se dice que la Luz viaja a una velocidad constante, cuando claramente se refiere a la luz visible, ya que el sonido no viaja a la misma velocidad? misma velocidad que la luz visible, ¿correcto?

La luz no es una onda. Si (por ejemplo) disparas partículas de luz llamadas fotones desde un láser (cañón de fotones) a una pared con dos agujeros y por alguna extraña razón decides disparar un fotón cada 1000 años, descubrirás que en el otro Al final, el detector (una especie de polaroid elegante) tiene una serie alterna de rayas verticales oscuras y rayas verticales claras. Por lo tanto, tiene lo que parece un patrón de interferencia en la pantalla. Por eso es más correcto decir que la luz es una partícula (el fotón) que puede "comportarse" como una onda. Sin embargo, como explicaron los comentaristas anteriores, si no Si desea una visión profunda de la naturaleza de la luz, también puede pensar en ella de una manera clásica (no mecánica cuántica) como una vibración del campo electromagnético, pero en mi opinión, esa respuesta no solo es menos profunda sino también un poco más abstracta. La abstracción de la mecánica cuántica entra en juego en el "por qué" de por qué hay un patrón de interferencia, pero si ya entiendes la mecánica cuántica, no necesitas entender también todo el electromagnetismo para entender por qué la luz se comporta como una onda porque TODO tiene una longitud de onda. asociado a ella. Los electrones también se comportan de la manera que describí cuando disparas un cañón de electrones a una pared con dos agujeros. Es un patrón de interferencia, pero si ya comprende la mecánica cuántica, no necesita comprender también todo el electromagnetismo para comprender por qué la luz se comporta como una onda porque TODO tiene una longitud de onda asociada. Los electrones también se comportan de la manera que describí cuando disparas un cañón de electrones a una pared con dos agujeros. Es un patrón de interferencia, pero si ya comprende la mecánica cuántica, no necesita comprender también todo el electromagnetismo para comprender por qué la luz se comporta como una onda porque TODO tiene una longitud de onda asociada. Los electrones también se comportan de la manera que describí cuando disparas un cañón de electrones a una pared con dos agujeros.