Una teoría de 350 años revela una relación «profunda» entre las propiedades de la luz

nacido holandés Christian Huygens Quizás sea uno de los físicos más famosos de los que nunca hayas oído hablar. Su trabajo a finales del siglo XVII incluyó los reinos tangibles e intangibles de nuestro universo: la naturaleza de la luz y la mecánica de los cuerpos en movimiento.

Entre sus múltiples aportaciones, Huygens propuso una teoría ondulatoria de la luz que daría origen a… Óptica física, que trata de la interferencia, difracción y polarización de la luz. También inventó el primer péndulo; El dispositivo de cronometraje más preciso existió hace casi 300 años, durante la Revolución Industrial.

Pocas conexiones se han establecido entre estos dos campos aparentemente dispares de la óptica y la óptica. Mecanica clasica – hasta ahora.

Un par de físicos del Instituto Tecnológico Stevens de Nueva Jersey han revisado el trabajo fundamental de Huygens sobre el péndulo, publicado en 1673, y han utilizado su teoría mecánica de 350 años de antigüedad para revelar algunas conexiones nuevas entre algunos de los elementos más extraños y fundamentales. . , propiedades de la luz.

«Con este primer estudio hemos demostrado claramente que aplicando conceptos mecanicistas es posible comprender los sistemas ópticos de una manera completamente nueva». Él dice El físico Xiaofengqian.

Qian y su colega del Instituto Stevens, Misagh Izadi, consideraron dos propiedades de la luz en sus cálculos: la polarización y una forma de correlación conocida como entrelazamiento clásico o no cuántico.

Estas dos características reflejan la extraña Dualidad de la luz Eso impregna todos los rincones de nuestro universo. En un sentido cuántico, la luz, como todas las formas de materia, puede describirse como ondas que se propagan por el espacio, pero también como partículas discretas ubicadas en un solo punto.

Sin embargo, esto no es sólo un fenómeno cuántico. En el mundo clásico de engranajes, resortes y relojes, las ondas de luz suben y bajan como ondas físicas en un océano intangible, con propiedades asociadas con su progreso siempre cambiante a través del espacio.

«Sabemos desde hace más de un siglo que la luz a veces se comporta como una onda y otras como una partícula, pero reconciliar estos dos marcos ha resultado extremadamente difícil». Dijo Qian.

«Nuestro trabajo no resuelve este problema, pero muestra que existen conexiones profundas entre los conceptos de ondas y partículas, no sólo a nivel cuántico, sino también a nivel de las ondas de luz clásicas y los sistemas de masa puntual».

El entrelazamiento, más comúnmente, es un fenómeno cuántico y simplemente describe correlaciones en las propiedades de los objetos.

En el caso de las partículas, esto podría ser el espín de los electrones, el momento o la posición de un par de fotones. Saber algo sobre una de estas propiedades de una partícula te dice algo sobre la misma propiedad de la otra.

El entrelazamiento clásico también describe algunas correlaciones, pero sin tener que considerar la naturaleza inestable de un objeto antes de medirlo.

polarización Es la propiedad direccional de una onda de luz que oscila hacia arriba y hacia abajo, o hacia la izquierda y hacia la derecha. Partículas como los fotones, los paquetes de energía que forman un haz de luz, también pueden polarizarse.

Si una onda de luz oscilaba, también lo hacía un péndulo, Qian e Izadi pensaron que podrían utilizar la mecánica de este último para describir las propiedades de la primera.

«Básicamente, encontramos una manera de traducir el sistema óptico para que podamos visualizarlo como un sistema mecánico y luego describirlo utilizando ecuaciones físicas bien establecidas», dijo Qian. El explica.

Normalmente, la mecánica clásica se utiliza para describir el movimiento de grandes objetos físicos, como péndulos y planetas. Por ejemplo, Huygens. Teoría de los ejes paralelos Describe la relación entre masas y su impulso.

Qian e Izadi concibieron la luz como un sistema mecánico al que se podía aplicar el teorema de los ejes paralelos de Huygens, y encontraron una relación «profunda»: el grado de polarización de una onda luminosa estaba directamente relacionado con el grado de una propiedad recientemente reconocida llamada entrelazamiento del espacio vectorial.

Los cálculos de Qian e Izadi indican que cuando uno sube, el otro cae, lo que permite inferir el nivel de entrelazamiento directamente del nivel de polarización, y viceversa.

«En última instancia, esta investigación ayuda a simplificar la forma en que entendemos el mundo, al permitirnos reconocer conexiones fundamentales entre leyes físicas aparentemente no relacionadas», dijo Qian. Él dice.

El estudio fue publicado en Investigación de revisión física..