Leo tutafichua kiini cha asili ya wimbi la mwanga na hali ya "kiwango cha ubaguzi" kuhusiana na ukweli huu.
Uwezo wa kuona na mwanga
Asili ya nuru na uwezo wa kuona unaohusishwa nayo umesumbua akili za wanadamu kwa muda mrefu. Wagiriki wa kale, wakijaribu kuelezea maono, walidhani: ama jicho hutoa "rays" fulani ambayo "huhisi" vitu vinavyozunguka na hivyo kumjulisha mtu wa sura na sura yao, au mambo yenyewe hutoa kitu ambacho watu hupata na kuhukumu jinsi kila kitu. kazi. Nadharia ziligeuka kuwa mbali na ukweli: viumbe hai huona shukrani kwa mwanga ulioakisiwa. Kutoka kwa kutambua ukweli huu hadi kuweza kukokotoa kiwango cha ubaguzi ni nini, kulikuwa na hatua moja iliyosalia - kuelewa kwamba mwanga ni wimbi.
Nuru ni wimbi
Kwa uchunguzi wa kina zaidi wa mwanga, ikawa kwamba kwa kukosekana kwa kuingiliwa, hueneza kwa mstari wa moja kwa moja na haugeuki popote. Ikiwa kikwazo cha opaque kinaingia kwenye njia ya boriti, basi vivuli vinatengenezwa, na ambapo mwanga yenyewe huenda, watu hawakupendezwa. Lakini mara tu mionzi ilipogongana na njia ya uwazi, mambo ya kushangaza yalitokea: boriti ilibadilisha mwelekeokuenea na dimmed. Mnamo 1678, H. Huygens alipendekeza kwamba hii inaweza kuelezewa na ukweli mmoja: mwanga ni wimbi. Mwanasayansi aliunda kanuni ya Huygens, ambayo baadaye iliongezewa na Fresnel. Shukrani kwa kile watu leo wanajua jinsi ya kubainisha kiwango cha ubaguzi.
kanuni ya Huygens-Fresnel
Kulingana na kanuni hii, sehemu yoyote ya sehemu inayofikiwa na sehemu ya mbele ya mawimbi ni chanzo cha pili cha mionzi iliyoshikamana, na bahasha ya sehemu zote za sehemu hizi hufanya kama sehemu ya mbele ya mawimbi katika wakati unaofuata. Kwa hivyo, ikiwa mwanga huenea bila kuingiliwa, kwa kila wakati unaofuata mbele ya wimbi itakuwa sawa na ile ya awali. Lakini mara tu boriti inapokutana na kikwazo, jambo lingine linakuja: katika vyombo vya habari tofauti, mwanga huenea kwa kasi tofauti. Kwa hivyo, photon ambayo imeweza kufikia kati nyingine ya kwanza itaeneza ndani yake kwa kasi zaidi kuliko photon ya mwisho kutoka kwa boriti. Kwa hivyo, mbele ya wimbi itainama. Kiwango cha ubaguzi bado hakihusiani nalo, lakini ni muhimu kuelewa jambo hili kikamilifu.
Muda wa mchakato
Inapaswa kusemwa kando kwamba mabadiliko haya yote yanafanyika haraka sana. Kasi ya mwanga katika utupu ni kilomita laki tatu kwa sekunde. Kati yoyote hupunguza mwanga, lakini si kwa kiasi kikubwa. Wakati ambapo wimbi la mbele linapotoshwa wakati wa kusonga kutoka kati hadi nyingine (kwa mfano, kutoka hewa hadi maji) ni mfupi sana. Jicho la mwanadamu haliwezi kutambua hili, na vifaa vichache vina uwezo wa kurekebisha muda mfupi kama huotaratibu. Kwa hivyo inafaa kuelewa jambo hilo kinadharia tu. Sasa, kwa kufahamu kikamilifu mionzi ni nini, msomaji atataka kuelewa jinsi ya kupata kiwango cha polarization ya mwanga? Tusidanganye matarajio yake.
Mgawanyiko wa mwanga
Tayari tumetaja hapo juu kuwa fotoni za mwanga zina kasi tofauti katika midia tofauti. Kwa kuwa nuru ni mawimbi ya sumakuumeme inayopita (siyo ufupishaji na urejeshaji wa nadra wa kati), ina sifa kuu mbili:
- vekta ya wimbi;
- amplitude (pia wingi wa vekta).
Tabia ya kwanza inaonyesha ambapo mwanga wa mwanga unaelekezwa, na vector ya polarization hutokea, yaani, katika mwelekeo gani vector ya nguvu ya shamba la umeme inaelekezwa. Hii inafanya uwezekano wa kuzunguka karibu na vekta ya wimbi. Nuru ya asili, kama ile inayotolewa na jua, haina ubaguzi. Mizunguko inasambazwa katika pande zote kwa uwezekano sawa, hakuna mwelekeo au mchoro uliochaguliwa ambao mwisho wa vekta ya wimbi huzunguka.
Aina za mwanga wa polarized
Kabla ya kujifunza jinsi ya kukokotoa fomula ya kiwango cha polarization na kufanya hesabu, unapaswa kuelewa ni aina gani za mwanga wa polarized.
- Mgawanyiko wa mviringo. Mwisho wa vekta ya wimbi la mwanga kama huo hufafanua duaradufu.
- Ugawanyiko wa mstari. Hii ni kesi maalum ya chaguo la kwanza. Kama jina linavyodokeza, picha iko upande mmoja.
- Mgawanyiko wa mviringo. Kwa njia nyingine, pia inaitwa mduara.
Mwangaza wowote wa asili unaweza kuwakilishwa kama jumla ya vipengele viwili vilivyowekwa pembeni. Inafaa kukumbuka kuwa mawimbi mawili ya polarized hayaingiliani. Uingilivu wao hauwezekani, kwa kuwa kutoka kwa mtazamo wa mwingiliano wa amplitudes, hawaonekani kuwepo kwa kila mmoja. Wanapokutana hupita tu bila kubadilika.
Mwanga uliochanganyika kiasi
Matumizi ya athari ya ubaguzi ni kubwa. Kwa kuelekeza nuru ya asili kwenye kitu, na kupokea mwanga wa polarized sehemu, wanasayansi wanaweza kuhukumu mali ya uso. Lakini unawezaje kubaini kiwango cha mgawanyiko wa nuru iliyoangaziwa kwa sehemu?
Kuna fomula ya N. A. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), ambapo mimitrans ni mwangaza wa mwanga katika mwelekeo unaoendana na ndege ya polarizer au uso wa kuakisi, na mimi par- sambamba. Thamani ya P inaweza kuchukua thamani kutoka 0 (kwa mwanga wa asili usio na ubaguzi wowote) hadi 1 (kwa mionzi ya polarized ya ndege).
Je, mwanga wa asili unaweza kuwekwa kwenye polarized?
Swali ni geni kwa mtazamo wa kwanza. Baada ya yote, mionzi ambayo hakuna mwelekeo tofauti kawaida huitwa asili. Walakini, kwa wenyeji wa uso wa Dunia, hii kwa maana fulani ni makadirio. Jua hutoa mkondo wa mawimbi ya sumakuumeme ya urefu tofauti. Mionzi hii haina polarized. Lakini kupitakupitia safu nene ya anga, mionzi hupata polarization kidogo. Kwa hivyo kiwango cha mgawanyiko wa mwanga wa asili kwa ujumla sio sifuri. Lakini thamani ni ndogo sana kwamba mara nyingi hupuuzwa. Inazingatiwa tu katika kesi ya mahesabu sahihi ya unajimu, ambapo kosa dogo linaweza kuongeza miaka kwenye nyota au umbali kwenye mfumo wetu.
Kwa nini mwanga hubadilika kuwa polari?
Mara nyingi tumesema hapo juu kwamba fotoni hufanya kazi kwa njia tofauti katika midia tofauti. Lakini hawakutaja kwa nini. Jibu linategemea ni aina gani ya mazingira tunayozungumzia, kwa maneno mengine, ni katika hali gani ya jumla.
- Ya kati ni mwili wa fuwele na muundo wa mara kwa mara. Kawaida muundo wa dutu kama hiyo inawakilishwa kama kimiani na mipira iliyowekwa - ions. Lakini kwa ujumla, hii si sahihi kabisa. Ukadiriaji kama huo mara nyingi huhesabiwa haki, lakini sio katika kesi ya mwingiliano wa mionzi ya kioo na sumakuumeme. Kwa kweli, kila ion inazunguka nafasi yake ya usawa, na si kwa nasibu, lakini kwa mujibu wa majirani gani anayo, kwa umbali gani na ngapi kati yao. Kwa kuwa mitikisiko hii yote imepangwa kwa ukali na kati ngumu, ioni hii ina uwezo wa kutoa fotoni iliyofyonzwa tu katika fomu iliyofafanuliwa madhubuti. Ukweli huu unasababisha mwingine: nini itakuwa polarization ya photon inayotoka inategemea mwelekeo ambao uliingia kwenye kioo. Hii inaitwa mali anisotropy.
- Jumatano - kioevu. Hapa jibu ni ngumu zaidi, kwa kuwa mambo mawili yanafanya kazi - ugumu wa molekuli nakushuka kwa thamani (condensation-rarefaction) ya wiani. Katika yenyewe, molekuli ngumu za kikaboni ndefu zina muundo fulani. Hata molekuli rahisi zaidi za asidi ya sulfuriki sio kitambaa cha spherical chaotic, lakini sura maalum ya cruciform. Jambo lingine ni kwamba katika hali ya kawaida wote hupangwa kwa nasibu. Walakini, jambo la pili (kushuka kwa thamani) linaweza kuunda hali ambayo idadi ndogo ya molekuli huunda kwa ujazo mdogo kitu kama muundo wa muda. Katika kesi hii, ama molekuli zote zitaelekezwa kwa pamoja, au zitakuwa ziko karibu na kila mmoja kwa pembe fulani maalum. Ikiwa mwanga wakati huu unapita kupitia sehemu hiyo ya kioevu, itapata polarization ya sehemu. Hii inasababisha hitimisho kwamba hali ya joto huathiri sana polarization ya kioevu: joto la juu, msukosuko mkubwa zaidi, na maeneo hayo zaidi yataundwa. Hitimisho la mwisho lipo kutokana na nadharia ya kujipanga.
- Jumatano - gesi. Katika kesi ya gesi homogeneous, polarization hutokea kutokana na kushuka kwa thamani. Ndiyo maana mwanga wa asili wa Jua, unapitia angahewa, hupata polarization ndogo. Na ndiyo sababu rangi ya anga ni ya bluu: ukubwa wa wastani wa vipengele vilivyounganishwa ni kwamba mionzi ya umeme ya bluu na violet imetawanyika. Lakini ikiwa tunashughulika na mchanganyiko wa gesi, basi ni vigumu zaidi kuhesabu kiwango cha polarization. Matatizo haya mara nyingi hutatuliwa na wanaastronomia wanaochunguza mwanga wa nyota ambayo imepitia kwenye wingu zito la molekuli ya gesi. Kwa hivyo, ni ngumu sana na ya kufurahisha kusoma galaksi za mbali na nguzo. Lakiniwanaastronomia wanastahimili hali na kutoa picha za ajabu za anga za juu kwa watu.
