Experimento de la doble rendija
Envía luz por dos aberturas estrechas y en la pantalla aparece un patrón regular de franjas claras y oscuras. Las ondas de las dos aberturas se encuentran, y la franja es clara donde cresta se encuentra con cresta y oscura donde cresta se encuentra con valle. Una franja clara ocurre cuando la diferencia de longitud de camino es un número entero de longitudes de onda, esto es d sinθ = mλ, y el espaciado de las franjas en la pantalla queda fijado por Δy = λL/d. Esta lección toma la vista clásica de la luz como una onda continua. Cómo los fotones de uno en uno apilan este patrón se trata en la lección de mecánica cuántica qm-wave-particle. Esas dos líneas de fórmula guardan todo el espaciado. Ahí cabe todo el patrón.
Ensancha la separación d entre las rendijas y las franjas se aprietan. El espaciado es Δy = λL/d, así que una separación mayor hace un denominador mayor. La luz visible tiene una longitud de onda muy corta, así que para abrir las franjas lo bastante para verlas, la separación entre las rendijas tiene que ser menor que un milímetro. Sube la separación y las bandas claras de la pantalla se acercan entre sí, y el espaciado se encoge con ellas. Cuanto más ancha la separación, más cerca las franjas.
Ahora cambia la longitud de onda. La longitud de onda está en el numerador del espaciado, así que una longitud mayor hace un espaciado más ancho. La luz roja abre por eso sus franjas, y la luz azul las junta. Con luz de varios colores la franja del centro se ve blanca, porque todos los colores caen en el mismo lugar, mientras las franjas de los lados se abren en un arcoíris, porque cada color se sienta en otro sitio. Cambia el color y, en el mismo aparato, el ancho del patrón cambia con la longitud de onda. Una longitud larga hace una franja ancha.
Aumenta la distancia entre las rendijas y la pantalla y todo el patrón crece. En Δy = λL/d la distancia está en el numerador, así que una distancia mayor abre el espaciado en proporción. El ángulo se queda igual, y aun así más lejos el mismo ángulo se abre en un hueco mayor. Estira la distancia, sin embargo, y el patrón se hace más ancho mientras la misma luz se reparte sobre un área mayor, así que se oscurece otro tanto. Aumenta la distancia y el patrón se agranda. Se oscurece en la medida en que se ensancha.
Mueve la sonda arriba y abajo de la pantalla y la diferencia de longitud de camino desde las dos rendijas, d sinθ, se calcula en cada lugar. Cuando esa diferencia coincide con un número entero de longitudes de onda el lugar es una franja clara, y cuando coincide con un semientero es una franja oscura. En un lugar apartado media longitud de onda, (m+½)λ, la cresta de una onda se encuentra con el valle de la otra y se cancelan, así que la franja es oscura. Mueve la sonda a los lugares donde el orden m pasa a 0, 1, 2 y puedes comprobar que caen sobre las bandas claras. El orden señala el lugar de la franja.
Cambia a una sola rendija y queda solo un pico de brillo ancho y suave. Ese es el patrón de difracción que hace una abertura ancha. Vuelve a dos aberturas y el interior de ese pico se parte en franjas finas de interferencia. El patrón de dos aberturas baila dentro de la envolvente que hace una abertura. Cuanto más estrecha es la abertura única, más se abre el pico de difracción, y más franjas de interferencia caben dentro. Esta historia de la envolvente sigue en la próxima lección, la difracción. El ancho de una abertura decide la casa de las muchas franjas. La envolvente es esa casa.