INTERFERENȚE secretele naturii
Doctor în Științe Tehnice din senin.
De câteva sute de ani, fizicienii au încercat să înțeleagă ceea ce este lumina - unda sau un flux de particule, mai târziu numite fotoni, și în cele din urmă a aflat că cuvântul „sau“ nu ar trebui să fie consumate. In unele cazuri, lumina se comporta ca un val în celălalt - ca un flux de fotoni, demonstrând cuantice, adică, natura discretă a radiației. Cu alte cuvinte, lumina are o natură duală. În limbaj științific aceasta se numește „dualitatea undă-particulă“ (cuvântul „corpuscul“ înseamnă „particulă“). Interferența este una dintre manifestările cele mai izbitoare ale proprietăților val: este doar valurile pot interfera. S-ar părea să argumenteze despre. Cu toate acestea, lucrurile nu sunt atât de simple. Nu e de mirare există o zicală foarte expresiv: „Lumina - cel mai întunecat loc din fizica“
Interferența - fenomen remarcabil având multe utilizări. Acesta proyav-LV. Mi-aș dori să se stabilească în ambele optice și în radio. interferență în special lumină impresionante, așa cum se poate observa în mod direct, în timp ce undele radio sunt invizibile cu ochiul liber. Adesea interferența luminii caracterizează acest „paradox“, cu fraza: lumina, plus lumina poate produce întuneric. Omul, un străin pentru optica fizice, poate părea foarte ciudat: cum este - în cazul în care lumina pentru a adăuga mai multă lumină, ar trebui să fie chiar mai luminos! Cu toate acestea, toate fizica studiat la școală, și, probabil, încă mai au fiecare lăsat cel puțin unele amintiri vagi de ceea ce interferență ( „Da. Ceva de a face cu lumina. Nu amintesc într-adevăr, dar se pare a fi aceasta este o parte superpoziție a undelor de lumină. „). Deja bine! Să începem cu faptul că aceste refresh jumătate uitat cunoștințe, care ne va permite să vorbim despre un fenomen foarte surprinzător și interesant asociate cu interferența luminii.
Să luăm o „direcțională“ sursă mai mult sau mai puțin de lumină, cum ar fi o lanterna (bec cu halogen, oferind o lumină strălucitoare, și chiar mai bine - cu LED-uri) și trimite-l pe un ecran alb. Pe ecran va lumina la fața locului. Acum, ia oa doua lanternă și trimite-l la lumină în aceeași locație a ecranului. „Și ce avem întuneric?“ - ironic întreabă cititorul a citit paragraful de pre-Duschy, dar fizica școală atât de uitat că termenul „fibre“ este asociat doar cu ochelari și lupe lui. Nu, desigur, nu este întuneric nu ne lumina la fața locului va fi chiar mai luminos. „Deci, ce este atât de surprinzător?“ - a spus skeptic nostru. În același timp - nimic. Dar acum, faceți următoarele: să ia o foaie de carton, străpunge-l cu un ac în cele două găuri cât mai aproape posibil unul de altul (de exemplu, la o distanță de 0,5 milimetri), a pus foaia în fața ecranului (la o distanță de aproximativ 20-30 cm) și este dedicată acestor găuri o lanternă (vezi. fig. 1). Este posibil să aveți o mică distanță între poregulirovat torța și carton, dar vom găsi o situație în care la fața locului ecran luminos se vor suprapune zonele întunecate. Deci, avem întuneric!
De ce este există aceste zone întunecate? De ce ei nu au fost în cazul a două lanterne, și au apărut doar în acoperirea găurilor din carton o lanterna?
Definim o astfel de „ridicol“ întrebare. Cât de multe surse de lumină au fost în aceste două cazuri? Am numit această problemă „ridicol“, deoarece aceasta poate provoca confuzie: cât de mult? În primul caz, am inclus atât lanterna, apoi, au fost două dintre sursa de lumină și a doua lumina doar o lampă, o sursă de lumină. Nu-i așa?
Nu, nu este așa. În al doilea caz, a fost, de asemenea, două surse, care erau două găuri în placa (1 și 2, figura 1). Aceasta este, sursa originală a fost desigur unul, dar lumina pe ecran a ieșit din cele două găuri, care a jucat rolul surselor de lumină secundare. Dar faptul că lumina acestor surse secundare sunt derivate din aceeași sursă, a jucat un rol fundamental.
Folosind carton cu găuri, reprezentată în Figura 1, am reprodus (cu unele diferențe nesemnificative) celebrul experiment T. Young, a observat mai întâi prin interferența luminii din cele două tăieturile în 1802.
Interferența - este o însumare de valuri în care nu este doar suma intensităților valurilor și consolidarea reciprocă a acestora în anumite puncte în spațiu și altele slăbire, în funcție de diferența dintre fazele de undă la aceste puncte.
Dar, înainte de a lua în considerare interferența, este necesar să vorbim despre un concept fundamental, care joacă un rol-cheie.
De ce, în cazul celor două lanterne a avut loc doar o intensitate sumă (luminozitate), iar în cazul de carton, am putut observa interferențe? Pentru că, în primul caz, undele de lumină din cele două surse sunt incoerente, iar al doilea - sunt coerente, astfel cum generate de o singură sursă. Prin urmare, o condiție necesară pentru formarea undelor de interferență este coerența. Ce este?
Cuvântul „coerență“ - originea greacă, cât și în sensul cel mai general înseamnă „consistență“. Cel mai simplu exemplu: atunci când merg pe stradă o mulțime de oameni, ea se duce incoerent, iar atunci când o companie de soldați marș, merge coerent.
valuri - un val coerente de aceeași frecvență, între care o diferență de fază constantă (adică, acestea sunt aliniate în fază). Când două valuri coerente de aceeași polarizare (cu aceeași direcție de oscilații ale intensității câmpului electric) a amplitudinii undei sumei depinde de unda pliabil defazajului - aceasta este interferența.
În interferența undelor de lumină este mai convenabil să nu aibă de a face cu amplitudini și cu o intensitate. Aceasta nu modifică fondul problemei, deoarece intensitatea este proporțională cu pătratul amplitudinii. În cazul în care orice punct de vin două valuri cu intensități I1 și I2 și faze # 966; 1 și 966 # 2, respectiv, intensitatea rezultată la acel moment este dat de
unde # 8710; # 966; = | # 966; 1 - # 966; 2 | - diferență de fază, iar coeficientul y reprezintă gradul de valuri de coerență. dependența de intensitate rezultantă Această formulă vizibilă în mod clar a diferenței de fază # 8710; # 966; și amploarea # 947;.
In acele locuri unde valurile vin în aceeași fază, adică, „crestele“ și „depresiunile“ unei lungimi de undă coincid cu „crestele“ și „depresiunile“ alta (# 8710, # 966; 0 = cos. # 8710; # 966; = 1), undele se consolidează reciproc și există intensitate maximă (I max). În acele locuri unde valurile vin în opusul, „crestele“ un val coincide cu „depresiunile“ alta ( # 8710; # 966; = 180. cos # 8710; # 966; = -1), valuri și stins cu o alta intensitate rezultată devine minimă (Imin). Astfel, un model de interferență constând din zonele luminoase și întunecate alternativ.
valuri determină capacitatea lor coerente la interferențe. Un criteriu practic pentru permanența diferenței de fază, care este o măsură a gradului de coerență, este contrastul (vizibilitate, claritate, claritate) franjelor de interferență - cel mai important parametru al tipului de interferență. În cazul în care condiția # 8710; # 966; = Const nu este îndeplinită, atunci, așa cum este evident din formula prezentată mai sus este modificată, iar intensitatea rezultantă Irez. ceea ce conduce la o „pătare“ a franjurilor - reducerea contrastului K. In general contrastul dat de expresia
În acest caz, 0 2. „Funcția de undă“ Termenul mai târziu înlocuit cu termenul „amplitudinea de probabilitate“, pentru a sublinia caracterul probabilist al descrierii mikrobekta. Deci, în cazul nostru, avem: P1 = | # 968; 1 | 2. P2 = | # 968; 2 | 2. Și atunci este necesar să se țină cont de faptul fundamental asociat cu evenimente distincte care se exclud reciproc. Ce înseamnă acest lucru?
La un obiect microscopic - să zicem, un electron - este posibil să se pună în aplicare două opțiuni alternative (evenimente) pentru a trece fie prin gaura 1, fie prin gaura 2. În cazul în care lumina de fundal este dezactivată, adică, noi nu observăm electronul, aceste evenimente sunt imposibil de distins. De îndată ce vom aprinde lumina, ele devin distinse. Nimic de genul asta în fizica clasică (în cazul în care toate evenimentele sunt întotdeauna disting), acest lucru este posibil numai într-un microcosmos. Deci, în mecanica cuantică este valabilă regula: în cazul în care evenimentele sunt distinse, se formează probabilități corespunzătoare; în cazul în care evenimentele sunt imposibil de distins, se adaugă amplitudinile de probabilitate. În primul caz (cu iluminare din spate), avem P = P1 + P2 = | # 968; 1 | 2 + | # 968; 2 | 2. nu există nici o interferență. În al doilea caz (fără lumină) obținem: # 968; = # 968; 1 + # 968; 2 și P = | # 968; 1 + # 968; 2 | 2. Există interferențe.