Употреба сметњи светлости

Данас ћемо говорити о главним примјенама уплитања у различите области људске активности. Откријмо суштину овог феномена и како га објаснити са становишта таласне теорије светлости.

Море, вјетар, свјетло

Овај наслов може инспирирати добар љетни одмор или одмор. Из комбинације речи и дува сланог поветарца, светлог сунца и осећаја слободе. Али, осим природних асоцијација, све ове појаве имају једну заједничку особину: то су осцилације неке врсте окружења. Вјетар стоји сам у том смислу. Његови таласи су наизмјенично више разријеђени и гушћи дијелови зрака. Такве вибрације се називају трансверзалне. Наравно, они поштују осцилаторне законе, али су ипак нешто другачији од других типова таласа.

Свјетло и водена површина имају више заједничког. Такви таласи су померање медијума горе и доле, његова густина се не мења. Добар модел објекта у овом случају је синусни или косинусни граф. Ако замислимо да се тачка креће дуж површине ових ритмичких промена, онда ће она бити веома слична електромагнетном таласу.

Горе, доле, напред

Пре него што причамо сметње светлости и његова употреба у технологији, прво морате да се позабавите електромагнетни таласи. Осцилације електромагнетног поља и суштина сунчевих зрака.

Светлост је ток честица назван "фотон". Сваки фотон је јединствени недељиви енергетски пакет или квант. Он се креће кроз простор напријед док не наиђе на препреку. Чим се то деси, може се десити следеће:

• материја ће апсорбовати фотон, узимајући његову енергију (феномен се зове апсорпција);
• супстанца ће апсорбовати фотон исте таласне дужине и зрачиће мало измењено (ово је феномен расипања светлости);
• фотон мења правац пропагације (било због рефракције или због рефлексије).

Унутар енергетског пакета названог "фотон" постоји константна осцилација електромагнетног поља. Штавише, сваки квант има своје карактеристике. Како се фотон креће, његове особине остају непромијењене.

Својства фотона свјетлости

Електромагнетни кванти су таласи. Стога, они имају такве особине као:

• таласна дужина (λ);
• фреквенција (ν);
• амплитуда (А);
• поларизација (линеарна, кружна, елиптична);
• правац пропагације.

Вавеленгтх а фреквенција је повезана односом λν = ц, где је ц брзина светлости у пуном вакууму. То јест, ове двије количине су обрнуто пропорционалне једна другој: ако је једна позната, онда је друга врло лако пронаћи. Следећа тврдња је такође тачна: што је већа фреквенција и краћа је таласна дужина фотона, то је већа енергија коју носи честица.

У скали електромагнетних таласа, црвено светло има нижу фреквенцију од плаве. То значи да су црвени фотони "хладнији". Истовремено, топла вода је означена у црвеним славинама, а хладна вода - у плавој боји више енергије. Очигледно, боја људске коже под утицајем температуре је узета као основа, а не електромагнетски спектар.

Састанак о електромагнетним пољима

Мало више смо рекли: ако фотон наиђе на препреку, раствара се у супстанци, губи своју индивидуалност. Али шта ће се догодити када се два фотона састану у једној тачки у простору?

Ако је фикција постојала у свету елементарних честица, изгледало би овако:

„У једном дивном квантном прелазу, индуковани фотон одлучио је да напусти унутрашњост звезде и удише свеже неутрине. Шетао је кроз простор своје галаксије брзином светлости и изненада упознао једног другог таквог фотона ... "

У ствари, оно што се даље дешава зависи од фазе у којој се два кванта светлости срећу.

Када би се два "грба" спојила у једној тачки, тада би се њихова амплитуда савила и тада би се интензитет светла удвостручио. Ако постоји "грба" и "шупљина", онда ће њихова интеракција угасити светло, јер је резултат нула снаге. Са различитим фазним разликама биће средњи нивои осветљења.

Интерференција и дифракција

Оно што смо већ рекли је као прича од краја. Сви већ знају шта ће се десити, па се храбро попните у суштину фотона. Али пре тога нико није сумњао да је светлост - талас. И тако је настављено све док се нису спровели експерименти са сметњама.

Ако је равна греда паралелних зрака усмјерена према прорезу у зиду, резултат неће бити равна трака свјетлости, већ низ бијелих и црних врпци које се дижу као вентилатор. То је зато што светлост има способност да се креће око ивица препреке. И у процесу превазилажења јаза зрака промјенили су смјер пропагације. То значи да су се у неком тренутку у простору прекрили са другим зракама, а на излазу су формирали различите фазе. Зато је примена сметњи и дифракција светлости често се подударају.

Теоријско значење интерференције

Различите врсте рупа дају сличне слике. У горе описаном експерименту можете промијенити ширину прореза, додати још једну рупу, учинити је округлом, квадратном итд. Коначна слика ће вам рећи гдје су се валови састајали и који кут су одступали од изворног смјера ширења. Дефиниција таласних својстава светлости је прва примена интерференције у инжењерству и природи.

Једноставно тешко

Како створити равну површину? Ово питање су поставили инжењери древних фараона. Али сада то није тако лак задатак. Неки уређаји користе стаклене плоче. И требали би бити врло глатки. Да би се проверио квалитет готовог производа, на њега се ставља још једна слична плоча, а структура се ставља у ток паралелних светлосних зрака. Ако су интерференцијске линије поравнате у једнаким редовима, онда су површине равне. Ако се траке негдје савијају или ломе, производ није погодан за обављање задатка.

Интерферометри

Да би се измерила тачност одређених растојања и одредио инструмент који је створио авион. То се назива "интерферометар". Принцип рада је врло једноставан: монокроматско зрачење се дијели с неколико оптичких уређаја на двије паралелне греде. На путу једног од њих стави се измерени објекат, други пролази без препрека. Слика минима и максимума осветљења открит ће неточности и одредити разлику у току зрака.

Боја и светло

Али до сада у свим горе описаним експериментима претпостављено је да се јављају исти таласи. То значи да се њихова фреквенција и амплитуда поклапају, само се фазе разликују. Али у природи нема апсолутно чистог монохроматског зрачења. Сваки прави извор светлости даје читав низ таласних дужина, а њихове амплитуде такође могу бити различите. Али чак иу присуству природне светлости долази до сметњи. Само уместо светлих и тамних области, измениће се различите боје.

Бензин и природа

Употреба сметњи у природи може се наћи углавном на танким премазима. Сигурно је сватко видио да је филм бензина на површини локве треперио с дугом на сунчан дан. Ово је последица интерференције и дифракције беле светлости. Сунчеви зраци садрже све таласне дужине. Али они улазе у очи човека непоправљиво, без икаквог реда. Када се на површини воде појави танак слој светле материје, у неколико атома, он се неједнако шири. Негде ће висина поклопца бити више, негде - мање. Следеће промене се дешавају са светлом:

• одбијају се од горње површине филма;
• они се одбијају од доње површине филма;
• налазе се на излазу из филма.

Наравно, са специфичном дебљином превлаке за таласе различитих дужина, креираће се различити узорци фазних разлика. Само ће се одређени кванти светлости сусрести са максимумима. Истовремено, људско око ће видети таласе исте боје.

Овај феномен комбинује рефлексију, интерференцију и дифракцију.

Перје, мембране, шкољке

Природа воли разноликост. Укључујући и боје њихових штићеника. Али комбинација пигмената је ограничена, али прелијевање филма пружа широко поље за експериментисање. Интерференција у филмовима даје боју:

• крила лептира и кукаца;
• паукове очи;
• перје птица;
• унутрашње површине шкољки и бисера;
• ваге неких змија, жаба, гуштера;
• семена мембрана неких биљака.

Постоји чак и необичан случај у коме је један предузетник желио да добије невероватну плаву боју са крила новооткривених тропских лептира. Али прах је увек остао браон сив. Као резултат тога, подузетник је банкротирао, али није схватио да крила ријетких љепотица покривају посебне призме које одражавају само једну боју, плаву. И уништавајући ове крхке структуре, изгубио је своју предивну боју.