Interferencia a természet titkainak, a tudomány és az élet
Interferencia, a természet titkait
Műszaki tudományok doktora, a kék.
Több száz éves, fizikusok próbálták megérteni, mi a fény - hullám vagy részecskefolyam, későbbi nevén fotonok, és végül kiderült, hogy a „vagy” szót nem szabad fogyasztani. Bizonyos esetekben, a fény úgy viselkedik, mint egy hullám a másik - mint egy patak fotonok, demonstrálva quantum, vagyis a diszkrét természete sugárzás. Más szóval, a fény kettős természete van. A tudományos nyelv ez az úgynevezett „hullám-részecske kettősség” (a „részecske”: a „részecske”). Interferenciát az egyik legszembetűnőbb megnyilvánulása a hullám tulajdonságok: ez csak a hullámok zavarhatják. Úgy tűnik, hogy vitatkozni. Azonban a dolgok nem ilyen egyszerű. Nem csoda, hogy van egy nagyon kifejező mondás: „A fény - a legsötétebb helyen a fizika.”
Interferencia - figyelemre méltó jelenség, amelynek számos felhasználási. Ez proyav-LV. Szeretnék létrehozni mind az optikai és a rádióban. Különösen figyelemre méltó fény zavaró, mint tudjuk megfigyelni, hogy közvetlenül, míg a rádióhullámok az a szemnek láthatatlan. Gyakran a zavaró fény jellemzi ezt a „paradox” a mondat: könnyű plusz sötétséget kaphatunk. Ember, egy teljesen idegen a fizikai optika, úgy tűnhet, nagyon furcsa: hogyan - ha a fény, hogy adjunk több fényt, akkor legyen még szebb! Azonban mindannyian fizikát tanult iskolában, és valószínűleg még mindig minden maradt legalább néhány homályos emlékei milyen beavatkozás ( „Igen. Valami köze van a fény. Nem igazán emlékszem, de úgy tűnik, hogy ez valami szuperpozíció fényhullámok. „). Már jól! Kezdjük azzal, hogy a frissítési ezek félig elfeledett tudást, amely lehetővé teszi számunkra, hogy beszéljünk egy nagyon meglepő és érdekes jelenség, amely az interferencia a fény.
Vessünk egy többé-kevésbé „irányított” fényforrás, mint egy zseblámpa (halogén izzó, ami egy erős fény, és még jobb - LED-es), és küldje el a fehér képernyőn. A képernyőn lesz spot fény. Most hogy egy második zseblámpát, és küldje el a fényt, hogy ugyanazon a helyen a képernyőn. „És mit érünk sötétség?” - kérdezi az olvasó ironikusan elolvasta az előre duschy bekezdés, de így elfelejtett iskolai fizika, hogy a „szál” jár csak a szemüvegét, és nagyító. Nem, persze, nincs sötétség nem jutunk a spotlámpa lesz még fényesebb. „Tehát mi olyan meglepő?” - mondta a szkeptikus. Ugyanakkor - semmi. De most nem a következő: végy egy ív kartonpapír, szúrjon bele tűt a két lyuk a lehető legközelebb egymáshoz (például a parttól 0,5 mm), tegye a lapot a képernyő előtt (a parttól 20-30 cm), és fordítják ezeket a lyukakat egy zseblámpa (lásd. ábra. 1). Lehet, hogy egy kicsit poregulirovat közötti távolság a fáklyát, és a karton, de meg fogjuk találni olyan helyzet, amelyben a képernyőn fényes folt átfedik sötét területek. Tehát megvan a sötétség!
Miért vannak ezek a sötét területek? Miért nem voltak abban az esetben két zseblámpák, és ők meg csak a vonatkozó lyukak a karton egy zseblámpa?
Mi határozza meg egy ilyen „nevetséges” kérdés. Hány fényforrások már ebben a két esetben? Hívtam ezt a kérdést „nevetséges”, mert zavart okozhat: mennyi? Az első esetben, már benne mind a zseblámpa, akkor volt a két fényforrás és a második fény csak egy lámpa, egy fényforrást. Nem így van?
Nem, nem így van. A második esetben, azt is két forrásból, amelyek két lyukat a tábla (1. és 2., 1. ábra). Azaz, az eredeti forrás természetesen az volt az egyik, de a fény a képernyőre kiment a két lyuk, amely szerepet játszott a másodlagos fényforrások. De az a tény, hogy a fény ezen másodlagos források származnak ugyanabból a forrásból, játszott alapvető szerepet.
A karton lyukak, 1. ábrán látható, már reprodukálható (néhány jelentéktelen különbség) híres kísérletben T. Young, az első által megfigyelt interferencia a fény a két hasíték 1802-ben.
Interferencia - egy összegzése hullámok, amelyben nem csak az összeg az intenzitás a hullámok és a kölcsönös megerősítése egyes pontjain tér és a gyengülő mások, attól függően, hogy a különbség a hullám fázis ezeken a pontokon.
De mielőtt úgy véljük, a beavatkozás, meg kell beszélni, alapvető koncepcióját, amely kulcsfontosságú szerepet játszik.
Miért abban az esetben a két zseblámpák csak történt összeget intenzitása (fényerő) és abban az esetben, karton, tudtuk megfigyelni beavatkozás? Azért, mert az első esetben a fényhullámok a két forrás inkoherens, és a második - olyan koherens, hiszen által generált egy kézből. Következésképpen, szükséges feltétele a kialakulását interferencia hullámok koherencia. Mi ez?
A „koherencia” - a görög eredetű, és a legáltalánosabb értelemben azt jelenti, „összhang”. A legegyszerűbb példa: amikor az utcán a tömeg az emberek, ő megy összefüggéstelenül, és ha egy cég a katonák menetelnek, megy összefüggően.
Koherens hullámok - egy hullám azonos frekvenciájú, amelyek között egy állandó fáziskülönbség (azaz arra vannak igazítva fázisban). Amikor két koherens hullámok azonos polarizációs (az azonos irányban rezgések az elektromos mező intenzitás) az összeg hullám amplitúdója függ a fáziskülönbség összecsukható hullám - ez interferenciát.
A beavatkozás a fényhullámok sokkal kényelmesebb, hogy nem kell foglalkozni a kilengések és intenzitását. Ez nem változtat érdemben az ügyet, mert az intenzitás négyzetével arányos az amplitúdó. Ha bármely ponton jön két hullámok intenzitása I1 és I2 és fázisok # 966; 1 és 966 # 2, illetve a kapott intenzitás a pontnál adja
ahol # 8710; # 966; = | # 966; 1 - # 966; 2. | - fáziskülönbség, és az együttható Y jelentése fokú koherenciát hullámok. Ez a képlet világosan látható kapott intenzitás-függése a fáziskülönbség # 8710; # 966; és a nagysága a # 947;.
Azokon a helyeken, ahol a hullámok jönnek azonos fázisban, azaz, „gerinceken” és „hullámvölgyek” egy hullámhossz egybeesik a „gerinceken” és a „teknők” egy másik (# 8710, # 966; 0 = cos. # 8710; # 966; = 1), a hullámok erősítik egymást, és van maximális intenzitás (I max). Azokon a helyeken, ahol a hullámok jönnek az ellenkező, „gerinceken” egy hullám egybeesik a „völgyek” másik ( # 8710; # 966; = 180. kötözősaláta # 8710; # 966; = -1), a hullámok és a reakciót leállítottuk egymással kapott intenzitás válik minimális (Imin). Tehát egy interferencia minta, amely váltakozva világos és sötét területek.
Koherens hullámok meghatározza, hogy képesek interferenciát. A gyakorlati kritériuma állandósága a fáziskülönbség, hogy egy a mértékét a koherencia, a kontraszt (láthatóság, élesség, tisztaság) a interferenciacsíkok - a legfontosabb paraméter az interferencia mintázat. Ha ez az állapot # 8710; # 966; = Const nem teljesül, akkor, amint az a fent megadott általános képletű megváltozik, és a kapott intenzitás Irez. ami egy „elkenődött” a rojtok - K. kontraszt csökkenését általában a kontraszt által adott expressziós
Ebben az esetben a 0 2. A „hullámfüggvény” helyébe később a „valószínűségi amplitúdó” hangsúlyozni a valószínűségi jellege miatt a leírás mikrobekta. Tehát a mi esetünkben van: P1 = | # 968; 1 | 2. P2 = | # 968; 2. | 2. Ezután azt kell figyelembe venni azt az alapvető tényt kapcsolódó megkülönböztethető egymást kizáró események. Mit jelent ez?
Mikroszkopikus tárgy - mondjuk, egy elektron - lehetséges, hogy végre két alternatív lehetőség (események) át akár lyuk 1 vagy 2 furat Ha a háttérvilágítás ki van kapcsolva, vagyis hogy nem ismerjük az elektron, ezek az események megkülönböztethetetlen. Amint bekapcsolja a fényt, válnak megkülönböztethetők. Semmi ilyesmi nem a klasszikus fizika (ahol minden esemény mindig megkülönböztethető), ez csak akkor lehetséges, egy mikrokozmosz. Tehát, a kvantummechanika érvényes a szabály: ha az események megkülönböztethetőek vannak kialakítva a megfelelő valószínűségek; ha az események nem lehet megkülönböztetni, a valószínűségi amplitúdó adunk. Az első esetben (háttérvilágítással), van P = P1 + P2 = | # 968; 1 | 2 + | # 968; 2. | 2. nincs interferencia. A második esetben (világítás nélkül) kapjuk: # 968; = # 968; 1 + # 968; 2 és P = | # 968; 1 + # 968; 2. | 2. Van interferencia.