Այսօր մենք կբացահայտենք լույսի ալիքային բնույթի էությունը և այս փաստի հետ կապված «բևեռացման աստիճանը» երևույթը։
Տեսնելու և լույսի կարողություն
Լույսի բնույթը և դրա հետ կապված տեսնելու ունակությունը երկար ժամանակ անհանգստացրել են մարդկային մտքերին: Հին հույները, փորձելով բացատրել տեսողությունը, ենթադրում էին. կա՛մ աչքն արձակում է որոշակի «ճառագայթներ», որոնք «զգում» են շրջապատող առարկաները և դրանով իսկ տեղեկացնում մարդուն արտաքին տեսքի և ձևի մասին, կա՛մ իրերն իրենք են արձակում մի բան, որը մարդիկ բռնում և դատում են, թե ինչպես է ամեն ինչ։ աշխատում է. Պարզվեց, որ տեսությունները հեռու են իրականությունից. կենդանի էակները տեսնում են արտացոլված լույսի շնորհիվ: Այս փաստի գիտակցումից մինչև բևեռացման աստիճանը հաշվարկելու հնարավորությունը, մնաց մեկ քայլ՝ հասկանալ, որ լույսը ալիք է:
Լույսը ալիք է
Լույսի ավելի մանրամասն ուսումնասիրության արդյունքում պարզվեց, որ միջամտության բացակայության դեպքում այն տարածվում է ուղիղ գծով և ոչ մի տեղ չի պտտվում։ Եթե ճառագայթի ճանապարհին անթափանց խոչընդոտ է հայտնվում, ապա ստվերներ են առաջանում, և որտեղ լույսն ինքն է գնում, մարդիկ չեն հետաքրքրվում: Բայց հենց որ ճառագայթումը բախվեց թափանցիկ միջավայրին, զարմանալի բաներ տեղի ունեցան՝ ճառագայթը փոխեց ուղղությունըփռված ու խամրած. 1678 թվականին Հ. Հյուգենսը առաջարկեց, որ դա կարելի է բացատրել մեկ փաստով՝ լույսը ալիք է։ Գիտնականը ձևավորել է Հյուգենսի սկզբունքը, որը հետագայում լրացվել է Ֆրենելի կողմից։ Շնորհիվ այն, ինչ այսօր մարդիկ գիտեն, թե ինչպես կարելի է որոշել բևեռացման աստիճանը:
Հույգենս-Ֆրենելի սկզբունք
Այս սկզբունքի համաձայն՝ միջավայրի ցանկացած կետ, որին հասել է ալիքի ճակատը, համահունչ ճառագայթման երկրորդական աղբյուր է, և այդ կետերի բոլոր ճակատների ծածկույթը հաջորդ պահին գործում է որպես ալիքի ճակատ: Այսպիսով, եթե լույսը տարածվում է առանց միջամտության, ապա յուրաքանչյուր հաջորդ պահին ալիքի ճակատը կլինի նույնը, ինչ նախորդում: Բայց հենց որ ճառագայթը հանդիպում է խոչընդոտի, գործում է մեկ այլ գործոն՝ տարբեր միջավայրերում լույսը տարածվում է տարբեր արագություններով: Այսպիսով, ֆոտոնը, որին հաջողվել է առաջինը հասնել մյուս միջավայրին, նրա մեջ կտարածվի ավելի արագ, քան վերջին ֆոտոնը ճառագայթից։ Հետեւաբար, ալիքի ճակատը թեքվելու է: Բևեռացման աստիճանը դեռևս կապ չունի, բայց ուղղակի անհրաժեշտ է ամբողջությամբ հասկանալ այս երևույթը։
Գործընթացի ժամանակը
Առանձին-առանձին պետք է ասել, որ այս բոլոր փոփոխությունները տեղի են ունենում անհավանական արագությամբ։ Վակուումում լույսի արագությունը վայրկյանում երեք հարյուր հազար կիլոմետր է։ Ցանկացած միջավայր դանդաղեցնում է լույսը, բայց ոչ շատ: Ժամանակը, որի ընթացքում ալիքի ճակատը աղավաղվում է մի միջավայրից մյուսը (օրինակ՝ օդից ջուր) տեղափոխվելիս չափազանց կարճ է։ Մարդու աչքը դա չի կարող նկատել, և քչերն են կարողանում ֆիքսել նման կարճությունըգործընթացները։ Այնպես որ, արժե հասկանալ երեւույթը զուտ տեսականորեն։ Այժմ, լիովին իմանալով, թե ինչ է ճառագայթումը, ընթերցողը կցանկանա հասկանալ, թե ինչպես կարելի է գտնել լույսի բևեռացման աստիճանը: Եկեք չխաբենք նրա սպասելիքներին։
Լույսի բևեռացում
Վերևում արդեն նշել ենք, որ լույսի ֆոտոններն ունեն տարբեր արագություններ տարբեր միջավայրերում: Քանի որ լույսը լայնակի էլեկտրամագնիսական ալիք է (դա միջավայրի խտացում և հազվադեպացում չէ), այն ունի երկու հիմնական հատկանիշ՝
- ալիքի վեկտոր;
- ամպլիտուդ (նաև վեկտորային մեծություն).
Առաջին բնութագիրը ցույց է տալիս, թե ուր է ուղղված լույսի ճառագայթը, և առաջանում է բևեռացման վեկտորը, այսինքն, թե որ ուղղությամբ է ուղղված էլեկտրական դաշտի ուժգնության վեկտորը: Սա հնարավորություն է տալիս պտտվել ալիքի վեկտորի շուրջ: Բնական լույսը, ինչպիսին արևից արձակվածն է, չունի բևեռացում: Տատանումները բաշխվում են բոլոր ուղղություններով հավասար հավանականությամբ, չկա ընտրված ուղղություն կամ օրինաչափություն, որի երկայնքով տատանվում է ալիքի վեկտորի վերջը:
Բևեռացված լույսի տեսակները
Նախքան սովորեք, թե ինչպես հաշվարկել բևեռացման աստիճանի բանաձևը և կատարել հաշվարկներ, դուք պետք է հասկանաք, թե որոնք են բևեռացված լույսի տեսակները:
- Էլիպսիկ բևեռացում. Նման լույսի ալիքային վեկտորի վերջը նկարագրում է էլիպս:
- Գծային բևեռացում. Սա առաջին տարբերակի հատուկ դեպքն է։ Ինչպես անունն է ենթադրում, նկարը մեկ ուղղությամբ է։
- Շրջանաձև բևեռացում. Մեկ այլ կերպ այն կոչվում է նաև շրջանաձև։
Ցանկացած բնական լույս կարող է ներկայացվել որպես երկու միմյանց ուղղահայաց բևեռացված տարրերի գումար: Հարկ է հիշել, որ երկու ուղղահայաց բևեռացված ալիքները չեն փոխազդում: Նրանց միջամտությունն անհնար է, քանի որ ամպլիտուդների փոխազդեցության տեսակետից նրանք կարծես թե գոյություն չունեն միմյանց համար։ Երբ նրանք հանդիպում են, նրանք պարզապես անցնում են առանց փոխվելու:
Մասամբ բևեռացված լույս
Բևեռացման էֆեկտի կիրառումը հսկայական է: Բնական լույսն ուղղելով օբյեկտի վրա և ստանալով մասամբ բևեռացված լույս՝ գիտնականները կարող են դատել մակերեսի հատկությունների մասին: Բայց ինչպե՞ս կարելի է որոշել մասնակի բևեռացված լույսի բևեռացման աստիճանը:
Կա բանաձև N. A. Ումով:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), որտեղ Itrans լույսի ինտենսիվությունն է բևեռացնողի կամ անդրադարձնող մակերեսի հարթությանը ուղղահայաց ուղղությամբ, և I par- զուգահեռ. P արժեքը կարող է վերցնել արժեքներ 0-ից (բևեռացումից զուրկ բնական լույսի դեպքում) մինչև 1 (հարթ բևեռացված ճառագայթման համար):
Հնարավո՞ր է բնական լույսը բևեռացնել:
Հարցն առաջին հայացքից տարօրինակ է. Ի վերջո, այն ճառագայթումը, որում առանձնացված ուղղություններ չկան, սովորաբար կոչվում են բնական: Այնուամենայնիվ, Երկրի մակերևույթի բնակիչների համար սա ինչ-որ առումով մոտավորություն է։ Արևը տալիս է տարբեր երկարությունների էլեկտրամագնիսական ալիքների հոսք: Այս ճառագայթումը բևեռացված չէ: Բայց անցնելովմթնոլորտի հաստ շերտի միջոցով ճառագայթումը ձեռք է բերում մի փոքր բևեռացում։ Այսպիսով, բնական լույսի բևեռացման աստիճանը հիմնականում զրոյական չէ: Բայց արժեքը այնքան փոքր է, որ հաճախ անտեսվում է: Այն հաշվի է առնվում միայն ճշգրիտ աստղագիտական հաշվարկների դեպքում, որտեղ ամենափոքր սխալը կարող է տարիներ ավելացնել աստղին կամ հեռավորություն մեր համակարգին։
Ինչու է լույսը բևեռացվում:
Վերևում մենք հաճախ ենք ասել, որ ֆոտոնները տարբեր կերպ են վարվում տարբեր միջավայրերում: Բայց նրանք չեն նշել, թե ինչու։ Պատասխանը կախված է նրանից, թե ինչ միջավայրի մասին է խոսքը, այլ կերպ ասած՝ ինչ ագրեգատային վիճակում է։
- միջավայրը բյուրեղային մարմին է՝ խիստ պարբերական կառուցվածքով։ Սովորաբար նման նյութի կառուցվածքը ներկայացված է վանդակի տեսքով՝ ամրացված գնդիկներով՝ իոններով: Բայց ընդհանուր առմամբ, սա լիովին ճշգրիտ չէ: Նման մոտարկումը հաճախ արդարացված է, բայց ոչ բյուրեղի և էլեկտրամագնիսական ճառագայթման փոխազդեցության դեպքում։ Իրականում յուրաքանչյուր իոն տատանվում է իր հավասարակշռության դիրքի շուրջ և ոչ թե պատահական, այլ այն բանի համաձայն, թե ինչ հարևաններ ունի, ինչ հեռավորությունների վրա և քանիսն է: Քանի որ այս բոլոր թրթռումները խստորեն ծրագրավորված են կոշտ միջավայրով, այս իոնը կարող է ներծծված ֆոտոն արտանետել միայն խիստ սահմանված ձևով: Այս փաստն առաջացնում է մեկ այլ փաստ. ինչպիսին կլինի ելքային ֆոտոնի բևեռացումը, կախված է նրանից, թե որ ուղղությամբ է նա մտել բյուրեղ: Սա կոչվում է հատկության անիզոտրոպիա:
- Չորեքշաբթի - հեղուկ. Այստեղ պատասխանն ավելի բարդ է, քանի որ գործում է երկու գործոն՝ մոլեկուլների բարդությունը ևխտության տատանումներ (խտացում-հազվադեպ): Ինքնին բարդ երկար օրգանական մոլեկուլներն ունեն որոշակի կառուցվածք։ Ծծմբաթթվի նույնիսկ ամենապարզ մոլեկուլները քաոսային գնդաձև թրոմբ չեն, այլ շատ կոնկրետ խաչաձև ձև: Մեկ այլ բան այն է, որ նորմալ պայմաններում դրանք բոլորը դասավորված են պատահականորեն: Այնուամենայնիվ, երկրորդ գործոնը (տատանումը) ի վիճակի է ստեղծել այնպիսի պայմաններ, որոնցում փոքր քանակությամբ մոլեկուլներ ձևավորվում են փոքր ծավալով ժամանակավոր կառուցվածքի նման մի բան: Այս դեպքում կա՛մ բոլոր մոլեկուլները կուղղորդվեն, կա՛մ դրանք կտեղակայվեն միմյանց նկատմամբ որոշակի կոնկրետ անկյուններում: Եթե լույսն այս պահին անցնի հեղուկի նման հատվածով, այն ձեռք կբերի մասնակի բևեռացում։ Սա հանգեցնում է այն եզրակացության, որ ջերմաստիճանը խիստ ազդում է հեղուկի բևեռացման վրա. որքան բարձր է ջերմաստիճանը, այնքան ավելի լուրջ է տուրբուլենտությունը, և այնքան շատ են ձևավորվելու այդպիսի տարածքներ։ Վերջին եզրակացությունը գոյություն ունի ինքնակազմակերպման տեսության շնորհիվ։
- Չորեքշաբթի - գազ. Միատարր գազի դեպքում բևեռացումն առաջանում է տատանումների պատճառով։ Այդ իսկ պատճառով Արեգակի բնական լույսը, անցնելով մթնոլորտով, ձեռք է բերում փոքր բևեռացում։ Եվ այդ պատճառով երկնքի գույնը կապույտ է. սեղմված տարրերի միջին չափն այնպիսին է, որ կապույտ և մանուշակագույն էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը ցրվում է։ Բայց եթե գործ ունենք գազերի խառնուրդի հետ, ապա բևեռացման աստիճանը հաշվարկելը շատ ավելի դժվար է։ Այս խնդիրները հաճախ լուծում են աստղագետները, ովքեր ուսումնասիրում են աստղի լույսը, որն անցել է գազի խիտ մոլեկուլային ամպի միջով: Հետևաբար, հեռավոր գալակտիկաներն ու կլաստերները ուսումնասիրելը այնքան դժվար և հետաքրքիր է: ԲայցԱստղագետները հաղթահարում են և մարդկանց տրամադրում խորը տիեզերքի զարմանալի լուսանկարներ։
