La luz se curva y se dispersa en un borde
Cuando la luz pasa por una rendija estrecha o un borde afilado no va recta; se curva y se dispersa. El patrón de una sola rendija es una curva sinc², pero aquí es una intensidad clásica de la luz, no la densidad de probabilidad cuántica del itinerario qm. La red de difracción de muchas rendijas y la imagen de ondas de Huygens son completamente nuevas frente al itinerario cuántico.
Cuando la luz atraviesa una sola rendija de ancho a, la pantalla muestra un pico central brillante flanqueado por mínimos oscuros. Los mínimos aparecen donde a·sinθ = mλ, y la intensidad sigue una forma sinc². Cuanto más estrecha la rendija, más se ensancha la difracción. Como el primer mínimo se sitúa en sinθ = λ/a, la dispersión la fija la razón entre longitud de onda y ancho de rendija, y en cuanto la rendija se estrecha a cerca de una longitud de onda la luz se abre en casi un semicírculo.
Huygens dijo que cada punto de un frente de onda actúa como fuente de una nueva onda elemental. Al sumar las ondas elementales de muchas fuentes a lo largo de la rendija, dirección por dirección, se refuerzan y se cancelan para construir el patrón de difracción. Cuantas más fuentes agrupes, más se acerca su suma a la envolvente suave sinc². Justo de frente cada onda elemental llega en fase y se suma por completo, mientras que hacia los lados las fases se desfasan y se cancelan, y por eso el centro es el más brillante.
Una red de difracción son muchas rendijas colocadas a espaciado regular. Al crecer el número de rendijas N, los máximos principales se quedan en los mismos lugares pero se vuelven cada vez más agudos y brillantes. Sus posiciones las fija d·sinθ = mλ, donde d es el espaciado entre rendijas vecinas. Cuantas más rendijas haya, más por completo se cancela la luz entre los picos, así que el ancho del pico se estrecha en proporción a 1/N, y por eso un espectrómetro graba miles de líneas para separar las longitudes de onda cada vez más finamente.
En la misma red, una longitud de onda λ distinta difracta a un ángulo distinto. Como d·sinθ = mλ, una λ mayor implica un ángulo mayor, así que muchos colores se abren en abanico. Separar la luz por longitud de onda de este modo es el corazón de la espectroscopía. Cuando mλ supera a d, ese orden no puede aparecer. El brillo de arcoíris en un CD o un DVD nace del mismo efecto, pues sus surcos finos actúan como una red que separa la luz blanca por longitud de onda.
Ahora arrastra tú una sonda por el patrón. Lee el ángulo θ en cada punto y usa el entero m en a·sinθ = mλ para ver en qué mínimo estás. En el centro la intensidad es máxima, y un mínimo oscuro se sitúa en cada entero m en una fila regular. Entre los mínimos oscuros se asientan picos laterales cada vez más débiles, los lóbulos laterales de la curva sinc², mucho más débiles que el central.