Experimento de interferencia de Young
[1] A juicio del propio Young, éste fue el más importante de sus muchos logros.
Durante este período, muchos científicos propusieron una teoría ondulatoria de la luz basada en observaciones experimentales, entre ellos Robert Hooke, Christiaan Huygens y Leonhard Euler.
[3] Esta teoría se mantuvo hasta principios del siglo XIX, a pesar de que muchos fenómenos, como los efectos de difracción en los bordes o en las aberturas estrechas, los colores en las películas finas y en las alas de los insectos, y el aparente fracaso de las partículas de luz para chocar entre sí cuando se cruzan dos haces de luz, no podían ser explicados adecuadamente por la teoría corpuscular que, sin embargo, tenía muchos partidarios eminentes, como Pierre-Simon Laplace y Jean-Baptiste Biot.
Mientras estudiaba medicina en Göttingen en la década de 1790, Young escribió una tesis sobre las propiedades físicas y matemáticas del sonido[4] y en 1800 presentó un trabajo a la Royal Society (escrito en 1799) en el que sostenía que la luz era también un movimiento ondulatorio.
Su idea fue recibida con cierto escepticismo porque contradecía la teoría corpuscular de Newton.
Creía que un modelo ondulatorio podía explicar mucho mejor muchos aspectos de la propagación de la luz que el modelo corpuscular: En 1801, Young presentó un famoso trabajo a la Royal Society titulado "Sobre la teoría de la luz y los colores"[7] que describe diversos fenómenos de interferencia.
[6][8][9] También menciona la posibilidad de hacer pasar la luz por dos rendijas en su descripción del experimento: Para que los efectos de dos porciones de luz puedan combinarse de este modo, es necesario que procedan del mismo origen y que lleguen al mismo punto por caminos diferentes, en direcciones que no se desvíen mucho entre sí.
Esta desviación puede producirse en una o en ambas porciones por difracción, por reflexión, por refracción, o por cualquiera de estos efectos combinados; pero el caso más sencillo parece ser, cuando un haz de luz homogéneo cae sobre una pantalla en la que hay dos agujeros o rendijas muy pequeñas, que pueden considerarse como centros de divergencia, desde donde la luz se difracta en todas las direcciones.
En este caso, cuando los dos haces recién formados se reciben en una superficie colocada de manera que los intercepte, su luz se divide por medio de franjas oscuras en porciones casi iguales, pero que se hacen más anchas a medida que la superficie se aleja de las aberturas, de manera que subtienden ángulos muy casi iguales desde las aberturas a todas las distancias, y más anchas también en la misma proporción a medida que las aberturas se acercan entre sí.
El centro de las dos porciones es siempre claro, y las franjas brillantes de cada lado están a tales distancias, que la luz que llega a ellas desde una de las aberturas, debe haber atravesado un espacio más largo que el que llega desde la otra, por un intervalo que es igual a la anchura de una, dos, tres o más de las supuestas ondulaciones, mientras que los espacios oscuros intermedios corresponden a una diferencia de media ondulación supuesta, de una y media, de dos y media, o más.
Se observa que las trayectorias relativas de la luz que viaja desde las dos fuentes puntuales hasta un punto determinado del plano de visión varían con el ángulo θ, por lo que sus fases relativas también varían.
entre franjas (líneas de máximo brillo) en la pantalla viene dada por la ecuación :
es la separación de las rendijas como se muestra en la figura.
Esta expresión se aplica cuando la fuente de luz tiene una sola longitud de onda, mientras que Young utilizaba la luz solar y, por lo tanto, observaba las franjas de luz blanca que describe más arriba.
Todos ellos tienen un valor máximo en el centro, pero su espaciado varía con la longitud de onda, y los patrones superpuestos variarán en color, ya que sus máximos se producirán en diferentes lugares.
Normalmente sólo se observan dos o tres franjas.
Este incidente hizo que Young se centrara más en su práctica médica y menos en la física.
La teoría de Fresnel no podía ser cierta, declaró Poisson: seguramente este resultado era absurdo.
Sin embargo, el jefe del comité, Dominique-François-Jean Arago pensó que era necesario realizar el experimento con más detalle.
Más tarde, Arago observó que el fenómeno (que a veces se llama la mancha de Arago) ya había sido observado por Joseph-Nicolas Delisle[1][11] y Giacomo F. Maraldi[12] un siglo antes.
Suponiendo que el experimento se realiza en un medio homogéneo, sustituya la diferencia de trayectoria óptica por la diferencia de trayectoria geométrica: donde
— el ángulo en el que un punto determinado es "visible" desde las ranuras.
está relacionado con la diferencia de la longitud óptica del camino mediante la siguiente relación: donde: Así, la iluminación varía periódicamente de cero a
El patrón de interferencia es simétrico respecto al máximo con
que se denomina "principal" o "central".
Para conocer la probabilidad de que la luz llegue desde la fuente
, hay que tener en cuenta "todos" los caminos posibles de la luz desde ambos puntos.
No es fácil repetir el experimento de Young con dos rendijas fuera del laboratorio, porque no es fácil hacer una anchura adecuada de las rendijas.
El procedimiento es el siguiente: hay que hacer dos agujeros muy finos, lo más cerca posible el uno del otro, en la lámina con la aguja de coser más fina (preferiblemente con una aguja de abalorios).
Es conveniente utilizar un puntero láser, ya que su luz es monocromática.
