Продолжение полезных споров
Из представлений о свете как о волновом движении эфира исходил и Огюстен Френель . Первое время он работал в сельской глуши и, совершенно не подозревая об опытах Юнга, повторил их. Френель объяснял явление огибания светом препятствий так же, как и Юнг, продолжив исследования, начатые Ньютоном.
Затем, уже работая в Париже, Френель получил математические уравнения, точно описывающие оптические процессы, происходящие на границе двух различных оптических сред.
Выведенные Френелем простые формулы для определения коэффициента отражения от прозрачных диэлектриков до сих пор широко используются оптиками.
Рассматривая свое отражение в воде, щурясь от бликов солнечного света, разлетающихся от весенних луж на асфальте, поворачивая разными гранями кусочек стекла, слюды, пластмассы, мы, конечно, не думаем о том, что еще в начале прошлого века все эти неуловимые, тонкие, поэтические явления природы были облечены Огюстеном Френелем в строгие законы и формулы.
Вместе с Араго Френель подробно исследовал поведение света в прозрачных кристаллах.
Однажды, после доклада Френеля на заседании Французской Академии наук об огибании светом препятствий, знаменитый физик и математик Пуассон, которому волновая теория света казалась неубедительной, заявил, что если Френель прав, то в центре тени, образованной на экране, отстоящем от круглого непрозрачного предмета на достаточном расстоянии, должно наблюдаться светлое пятно.
Френель, ранее не замечавший этого пятна, немедленно поставил опыт, доказавший, что светлое пятно действительно существует, и доложил об этом на следующем заседании Академии!
Изучая чувствительность глаза, измеряя спектры излучения Солнца и ламп, исследуя состав отраженного Луной солнечного света, ученые раскрывают оптические секреты природы.
В своих представлениях о природе света были последователями замечательного голландского ученого Христиана Гюйгенса , который считал, что «…свет заключается в движении вещества, которое находится между нами и светящимся телом».
В «Трактате о свете», опубликованном в 1690 году, Гюйгенс писал: «…когда мы видим светящийся предмет, это не может происходить вследствие переноса материи, которая доходит до нас от этого предмета наподобие пули или стрелы, пересекающей воздух, …привести нас к пониманию способа распространения света может то, что нам известно о распространении звука в воздухе».
Волновые представления Гюйгенса часто противопоставляют взглядам Ньютона, писавшего о частицах, или, как он их называл, «корпускулах», света. Это не совсем справедливо, особенно в отношении Ньютона, который всегда высказывался осторожно о природе явлений, предпочитая говорить только о твердо установленных физических фактах.
Вот типичная для Ньютона сдержанная фраза: «Справедливо, что я заключаю из моей теории о телесности света, но я делаю это без всякой абсолютной определенности…»
Автор статьи: Крутолевич Николай Иванович. Адрес: Российская Федерация (Россия), Московская область, Подольский район, пгт. Львовский, улица Садовая, дом 9, кв.11. Домашний телефон: 8-4967-607-998. Мобильный телефон: 8-916-845-25-23. АННОТАЦИЯ "Теория света" -- это седьмая глава моей рукописи "Упадок фундаментальной науки и пути её возрождения". Гл . VII . Теория света (текст главы воспроизведен с черновика дочерью автора) ї 29. Проблемы и решения Может вы, читатель, и усомнитесь, но я вас заверяю, что в естествознании землян до сих пор нет теории света. В чем дело? Может быть такая теория никому не нужна? Причина - в другом: в деградации науки последнего столетия, в гибели фундаментальной науки, в переходе государственной науки на прикладные рельсы. Дело еще и в кадрах. Зачем официальному наемному ученому напрягать мыслишки и что-то придумывать, когда гораздо проще и легче верить, например, что есть бог солнца по имени Ра, дающий людям свет, и что если помолиться (чем не брезгуют современные "ученые"), то египетский Ра или русский Ярило снизойдут и вдолбят в какую-либо академическую голову мысль о природе и сущности света. И Боги действительно предприняли аж три такие попытки. Сначала Ньютон был шандарахнут яблоком по голове, и про это услышал весь научный мир того времени. Говорят, что после удара Ньютон будто бы сочинил теорию "тяготения". Но это - ложь! Ньютон даже не качнулся в этом направлении, а теории "тяготения" нет в науке до сих пор. Но зато Ньютон начал создавать теорию света, согласно которой свет представляет собой перемещение в пространстве каких-то частиц, вызывающих световое ощущение. Именно эта теория является хотя и необоснованной, но единственной толковой из тех трех, которые я здесь перечислю. Вторым Богу Ра попался Гюйгенс , и Бог ударил его учебником математики. Вскоре Гюйгенс сочинил геометрическую теорию преломления света, использовав для этого ложное понятие светового "волнового фронта". А уже на основе своей теории преломления он делает обобщение, будто существует в пространстве неподвижный "эфир", внутри которого свет распространяется в виде волн, подобно тому как звук распространяется в воздухе. Но поскольку такового "эфира" в природе нет, то нет и "волнового фронта", а поэтому теория света Гюйгенса ложна по своей сути. Третьим Богу подвернулся Эйнштейн , но за спиной псевдоученого стоял САТАНА, который и вытолкнул Эйнштейна на божественную тропу. Бог передал суть теории света Посреднику, а Посредник (САТАНА) все переврал - вот почему теория, написанная Эйнштейном, не только антинаучна, но и абсурдна по своей сути и содержанию. Образ САТАНЫ в моем тексте не случаен: Эйнштейн в науке занимался плагиатом, не вникая в суть похищаемых идей. Величая себя "математиком", Эйнштейн не смог понять, например, что формула энергии, изображаемая формулами E = mv2 или E = mc2 , является ложной. Что касается вздорной Планко-Эйнштейновской теории света, то Эйнштейн даже не заметил, что энергия "кванта" завышена Планком в 3 . 10 8 раз. А в физике Эйнштейн и его последователи (подхалимы) вообще ничего не смыслят: фотон - реальная субатомная частица, имеющая массу; в природе нет таких сил, которые разгоняли бы пусть самую маленькую реальную частицу до световой скорости практически за нулевое время. Даже математику это должно быть понятно, если он не липовый математик. А что касается ложной идеи "нулевой массы покоя", то эта идея могла быть создана и внушена математикам только Дьяволом. Частица вещества, не имеющая массы, - это же грязнейший вздор! Даже любое материальное поле имеет массу. "Частица без массы" - это политика, но не физика, не естествознание. Есть такая обширная теоретическая и практическая сфера деятельности человека, которая называется ОПТИКА . Но теория света не является частью теоретической оптики, как это пытаются изобразить академики последнего столетия. Теория света также отличается от оптики, как теория электричества - от электротехники. Теория света - это суть теоретической оптики, это научный фундамент, на котором должно быть построено здание теоретической и прикладной оптики. Я еще раз напоминаю подлинным ученым, что без фундаментальной теории практика слепа. К оптике это имеет самое прямое и буквальное отношение. Неосмысленное раздувание практических работ ведет к огромным неоправданным затратам материальных и человеческих ресурсов. Непонимание природы света приводит и к различным заболеваниям, к разрушению организма человека. Например, для зрения и для кожи очень вредно прямое солнечное облучение. А почему? Есть только околонаучные гипотезы. Вредно для зрения люминесцентное освещение, освещение улиц и больших помещений с помощью ртутных ламп. Не только зрение, но и нервная система разрушаются облучением от экранов телевизоров и от экранов компьютеров. Ученые теряются в догадках, потому что не знают ни теории света, ни теории различных излучений. Но что же ученые должны найти, понять и объяснить? Первоначальные вопросы могут быть поставлены так:
-
--
если свет есть распространение волн со скоростью 3 . 108 м/с, то существует ли "эфир
"?
--
если свет есть полет корпускул со скоростью 3 . 108 м/с, то есть ли в природе "пустота
"?
--
если нет ни "эфира", ни "пустоты", то что же летит со скоростью 3 . 108 м/с, и почему это "что-то
" может лететь вечно на любое мыслимое расстояние без замедления и без потери количества движения?
-
--
ложная математическая теория колебаний и распространения природных волн;
--
отсутствие теории космического материального поля и подмена его плоским математическим полем;
--
догматическое закрепление в естествознании идеи абсолютной пустоты;
--
представление о световых корпускулах как о реальных субатомных частицах, испускаемых источником света.
распространения;
передачи количества движения;
есть скорости передачи движения; перемещения энергии. Все новое требует пояснения. Представим, что на железнодорожном пути стоят шесть вагонов длиной по 15 м, а между сцепками вагонов зазоры - по 1 м. Сколько времени потребуется локомотиву, чтобы сдвинуть с места последний вагон, если скорость локомотива - 1м/с? Сделаем схематический рисунок.
V1 = 1 м/с; S1 = 5м; t1 = 5c. Для выполнения задания локомотиву потребовалось 5с. Весь путь от начала 1-го вагона до конца последнего: S2 = 95м. Вычислим скорость передачи движения: V2 = S2 / t1 = 95 / 5 = 19 (м/с). Скорость передачи движения в 19 раз больше скорости локомотива. Теперь проведем второй опыт, сократив предварительно зазоры между сцепками вагонов до 1мм. Итак: V1 = 1 м/с; S1 = 5 . 10- 3 м; t1 = 5 . 10- 3 c. Вычислим скорость передачи движения: V2 = S2 / t1 = 90,005 / 5 . 10- 3 = 18001 (м/с). Легко подсчитать, что скорость передачи движения увеличилась во втором опыте почти в 950 раз. Вот вам волновая теория не с математической, а с физической точки зрения! Вагоны из наших опытов - это и есть самые реальные физические волны, если абстрагироваться от их содержания. Какие еще выводы, кроме получения новых понятий, можно сделать из проведенных опытов? 1) Скорость распространения (передачи движения) пропорциональна величине упругости (жесткости) среды. Если считать, что вагоны абсолютно упруги (несжимаемы), а зазоров между вагонами нет, то величина скорости передачи движения будет равна бесконечности. 2) Так как любая вещественная среда неоднородна, то скорость распространения будет обратно пропорциональна величине зазоров между блоками, молекулами или атомами вещества. Например понятно, что скорость звука в воздухе меньше, чем в воде или в металле. По той причине, что очень велики расстояния между молекулами воздуха. О распространении света следует поговорить особо. Даже если бы "эфир" существовал, свет не смог бы распространятся с такой огромнейшей скоростью (3 . 10 8 м/с) , так как ни у какого мыслимого "эфира" не хватило бы для этого жесткости или упругости. То есть "эфир" даже не нужно было искать, так как его идея была слишком наивна. Но всем ли это понятно? Оказывается, самыми непонятливыми оказались ученые последнего столетия, сидящие на "высоких технологиях" и подменившие свои головы компьютерами и тяжелыми ЭВМ. Они убрали "эфир" как слово. Но оставили "эфир" в природе, обозвав словами "электромагнитное поле". Соль фантастики современных чудотворцев заключается в том, что это поле создает у них передатчик (источник), и уже по созданному полю передатчик запускает волны. Я не буду заниматься критикой этой очевидной галиматьи, так как мы можем оказаться в сфере, где должны работать психологи или даже психиатры. Перейдем к обсуждению второй из названных выше четырех причин отсутствия в земной науке теории света. Ни в каком "эфире", ни в природном стационарном, ни в рукотворном, созданном математиками, свет не сможет распространяться со скоростью 3 . 108 м/с. Скорость распространения света в любом мыслимом "эфире" будет намного меньше скорости звука в воздухе. Это же касается и того мифического "эфира", который назван нынче "электромагнитным полем". Для того чтобы световые "волны" или световые "корпускулы" перемещались и распространялись со скоростью 3 . 10 8 м/с, нужно такое материальное поле, которое само перемещается со скоростью 3 . 10 8 м/с. В этом случае корпускулы света (они же - волны), сформированные из материи несущего поля, будут перемещаться вместе с полем со скоростью 3 . 108 м/с, не растрачивая в пути количества движения и не теряя ни массы, ни скорости при перемещении на любые расстояния в течение даже самого продолжительного времени. Таким природным материальным полем является гравитационное космическое поле, массы которого летят равномерно со всех сторон Метагалактики со скоростью 3 . 108 м/с. Действию именно этого поля обязаны гравитационные, световые, электрические и магнитные явления. Никаких особых световых, электрических, магнитных или электромагнитных полей в природе нет , и человек не сможет их создать, а если и создает, то только в своей фантазии. Чем, кстати, и занимаются современные наемные "творцы" математической физики! Третьей причиной отсутствия в науке землян теории света является догматическое закрепление в естествознании идеи абсолютной пустоты. Эта идея, принятая на вооружение какой-либо группой исследователей природы, начисто выметает идею материального поля. Даже если представить, что некое поле создается на миг работающим передатчиком и что это поле летит в пустоте со скоростью 3 . 108 м/с, то горе-теоретики должны четко ответить на вопрос, как по этому временному полю распространяются волны тоже с относительной скоростью 3 . 108 м/с. Ответить, не прибегая к дремучей софистике, теоретики не смогут. Их "волны" - это самые обыкновенные "частицы света", летящие в пустоте. Эта теория намного наивнее ньютоновской корпускулярной теории света. Пустоты в природе нет , и мифические корпускулы (частицы, фотоны), якобы выстреливаемые передатчиком или источником света, почти мгновенно потеряют скорость и рухнут на планету или звезду недалеко от места их "запуска". Ведь представьте, что если мифическим фотонам удастся преодолеть 300 км пространства, то они упадут ниц через несколько тысячных долей секунды. Здесь математикам и карты в руки! Добрались мы, наконец, и до четвертой причины отсутствия в науке теории света. Испускание элементарным источником света реальных субатомных частиц (фотонов) - это уже вымученная фантазия, которую теоретикам приходится подсовывать науке от безвыходности положения. Поскольку теория долго оставалась непропихиваемой, то софисты изобрели толкача в виде идеи "нулевой массы покоя частицы". Масса, таким образом, стала куском вещества или материи, который можно прикреплять к частице или отсоединять от частицы. Лихо! А ведь эти наемные ученые "стоят на довольствии" и дополнительно желают получать Нобелевские и всякие прочие премии. Нужна ли человечеству такая "наука"? На испускание света источник тратит только несколько процентов энергии. Но если следовать логике критикуемых здесь теоретиков, то источник должен выделять из себя не только частички - фотоны, но и гораздо большее количество каких-то других субатомных частичек. Напрашивается вывод, что во время излучения света происходит распад атомов. Может, знаменитые "математики" объяснят нелепость такой ситуации?!
ї30. Основания научной теории света
Перечислю главные теории и науки, на базе которых должна строиться теория света:-
--
теория всеобъемлющего материального космического поля, летящего со скоростью 3 . 108 м/с и переносящего полевые световые корпускулы;
--
теория полевых материальных волн - корпускул;
--
новая механика на основе учений Аристотеля, Декарта и Ньютона;
--
волновая антифлюидная теория электрического тока;
--
правильно понятые достижения практической оптики - научные теории оптики.
1.Теория полей
В природе есть два вида полей : 1) стационарное (неподвижное) материальное поле, заполняющее полностью все пространство между субатомными частицами, между атомами, предметами и космическими телами; 2) гравитационное (подвижное) материальное поле, летящее равномерно со всех сторон Метагалактики со скоростью 3 . 108 м/с. Полные теории того и другого поля вы найдете в 5-й главе, но краткие характеристики есть и в других главах, так как ни одна подлинная наука не может опираться на фантастическую идею абсолютной пустоты, игнорируя всеобъемлющие материальные поля, имеющие плотность и упругость. Хитрые академики последнего столетия поговаривали и поговаривают о том, что неплохо бы состряпать всеобщую теорию поля или хотя бы, на худой конец, - просто теорию поля. Но о каком поле академики собираются разглагольствовать? Ведь они, повторяю, упорно держатся за ложную идею абсолютной пустоты, утверждая, например, что атом практически пуст, так как объем абсолютной пустоты в нем в 1015 раз больше объема вещества. Аналогичны рассуждения и в официальной астрономии: считается, что практически все пространство Метагалактики есть абсолютная пустота, с изредка встречающимися атомами, пылинками, планетами и звездами. И как только можно додуматься до такой глупости?! Древние люди были намного умнее, располагая свой мир, для устойчивости, то на трех китах, то на трех слонах. Поля, придуманные академиками последнего столетия, - это некие одноразовые испускаемые поля. Лучше всего эта тема изложена в радиотехнике, но с физической точки зрения идея испускаемого поля является ложной. И даже с позиции обыкновенного "здравого смысла", теория такого поля содержит неразрешимое противоречие. Для чего радиотехникам нужно? испускаемое одноразовое поле? Для того, чтобы по нему пустить радиоволны, так как по абсолютно пустому официальному пространству радиоволны бежать не смогут. А собственные "фотоны" радиотехники еще не изобрели. Но здесь они сталкиваются с логическим противоречием: одноразовое поле летит, согласно мнению радиотехников, со скоростью 3 . 108 м/с, а радиоволны бегут относительно поля тоже со скоростью 3 . 108 м/с. Оба суждения явно не стыкуются. Умышленное нарушение законов формальной логики называется софистикой. Радиотехников принуждают к такой политике жизненные обстоятельства и отсутствие в науке фундаментальных теорий излучения и света. Интуитивно теоретики радиотехники чувствуют, что для перемещения со скоростью 3 . 10 8 м/с излученного радиопередатчиком "сигнала" нужно несущее поле. В радиотехнике даже есть понятие с таким названием. Но радиотехникам "пудрят мозги" научные руководители академий, пропагандирующие идею абсолютной пустоты пространства. Никакой пустоты в природе нет, а несущие поля, так нужные радиотехникам, излучаются галактиками. Называются эти поля гравитационными. Радиопередатчику не нужно излучать какое-либо вещество. Ему достаточно только создать полевую волну в летящем со скоростью 3 . 108 м/с гравитационном поле. Для перемещения световых корпускул-волн тоже нужно несущее материальное поле, летящее со скоростью 3 . 108 м/с. Таким полем является гравитационное космическое поле. Сформированная в этом поле световая волна (или радиоволна) вовсе не бежит по полю, а перемещается вместе с полем, оставаясь неподвижной по отношению к полю. Правильнее называть эту "волну" полевой корпускулой , так как она имеет постоянную цилиндрическую форму и постоянную массу. Цилиндр значительно растянут, вращается и изгибается в моменты отражения и преломления света. Такова же суть и радиоволн. Волновые свойства проявляются в приемниках излучения, но из наличия этих свойств недопустимо делать вывод, будто световые волны или радиоволны подобны волнам воздуха при распространении звука или подобны кругам на воде от брошенного в нее камня. Не верьте, люди, математикам, оккупировавшим физику! Они ничего не понимают в естествознании. Вспомните, например, фантазии Гюйгенса или Эйнштейна.2.Волны-корпускулы
Следует заметить, что моя теория света ни в коем случае не является "корпускулярно-волновой" . Последнюю теорию придумали эйнштейновцы, и суть этой абсурдной теории сведена к тому, что частица-фотон состоит из огромного количества световых волн, и одновременно сферически распространяющаяся световая волна состоит из бесчисленного количества фотонов. Можно допустить, что в эйнштейновской математике фотон составлен из волн, а волна - из фотонов, но в природе такое невозможно. Никакая реальная частица вещества не может состоять из волн, а фотон считается субатомной частицей. Волна может распространяться только в материальной среде. Для световой волны и радиоволны такой средой официально считается электромагнитное поле, излучаемое источником света или радиопередатчиком. Это поле якобы летит со скоростью 3 . 108 м/с, а по этому полю гуляют волны тоже со скоростью 3 . 108 м/с. Если вы коллекционируете примеры софистики, то вот вам - очередной. Даже если бы существовал в природе романтический "эфир", и даже если бы источник (передатчик) создал бы такой "эфир" в облике электромагнитного поля, то ни световые волны, ни радиоволны не смогли бы распространяться по такому полю-эфиру, поскольку его плотность и упругость практически были бы равны нулю. Если бы от мощнейшего источника волна все-таки возникла, то ее скорость была бы практически нулевой. Я имею в виду как скорость перемещения материи волны, так и скорость распространения волн. Ни световые волны, ни радиоволны, в классическом виде, в природе не существуют и не могут быть созданы искусственно , так что официальным математикам, развлекающимся в сфере естествознания, нет смысла выдумывать электрические, магнитные, электромагнитные или еще какие-либо экстравагантные поля. Корпускулы официальных теорий света, из чего бы эти корпускулы ни состояли, - такая же пустая выдумка, как и испускаемые источником одноразовые поля. Если элементарный источник излучения (атом) будет выделять из себя световые частицы, радио-частицы, тепловые частицы и так далее, то атом начнет "делиться" и вскоре развалится, а источник света, радиоволн и подобных излучений взорвется как атомная бомба. Элементарный источник света - это нуклон , который колеблется вместе с атомом источника света под действием химической реакции или под действием волны электрического тока. При прохождении гравитационного поля через атом источника света одно колебание нуклона (или цепочки нуклонов) формируют из материи поля корпускулу, которая станет световой, если ее длина соответствует длине "волны" видимого света. Корпускула имеет цилиндрическую форму и вращается, чем и объясняется ее поляризованность или же "электромагнитность". Радиопередатчик точно таким же способом формирует в летящем со скоростью 3 . 108 м/с гравитационном поле радиокорпускулу, которая проявляет себя в приемнике как радиоволна. Но что же такое, все-таки, "волна" в теории света и в радиотехнике? Это - не более чем привычный термин математического языка, превратно отражающего природные явления. Никаких волн ни источник света, ни радиопередатчик не создают, так как волны, в их водяном или газовом смысле, - это колебания материальной среды, а такую реальную среду еще никто (ни Бог, ни человек) не создал для источника света или радиопередатчика. "Эфир" - это давно развенчанный миф; а "электромагнитное поле" - наивная антинаучная выдумка математиков. Но если абстрагироваться от естествознания и перейти на язык сохранившейся нормальной математики, то конечно можно говорить, что длина световой волны или радиоволны - это длина корпускулы в несущем поле; период - время прохождения корпускулы через поперечное сечение приемника; частота - отношение единицы к величине периода.
3. Роль механики в мировой науке
Если под механикой понимать набор описаний и инструкций по машинам и механизмам, то это - прикладная механика, и такая механика фундаментальной науке не только не нужна, но даже приносит ей вред. Идеи прикладной механики эклектически переплетены с идеями экономики и политики того времени, в котором живет теоретик, поэтому теоретические ляпсусы не только не замечаются на фоне более сильных социально-экономических проблем, но даже умышленно вводятся в науку по принципу "цель оправдывает средства". Научной механике и ее основателям посвящены 2-я и 3-я главы книги, поэтому здесь я повторю лишь самое важное. Наиболее вредные идеи и теории внесла в механику тройка следующих любителей по созданию и внедрению экстравагантных учений: Лейбниц (теолог), Энгельс (социолог) и Эйнштейн (математик). Возомнив себя земными "творцами", способными перевернуть не только науку, но и мир вверх тормашками, эти "ученые" решились на радикальное удаление понятия времени (и самого времени) из понятий и формул, отражающих реальную работу и энергию. Вот их формулы: A = F ? S и E = mV2 / 2. где F - сила; S - путь перемещения массы; m - масса; V - скорость перемещения; А - работа; Е - энергия. Поскольку вас, уважаемый читатель, еще в школе замучили этими формулами, заставляя учить и не думать, то вы вряд ли заметили тогда и даже теперь грубейшие ошибки. Не так трудно вспомнить, что формула энергии выведена из формулы работы, но формула работы незаконно выведена из ложно трактуемого "золотого правила механики" . Подробности изложены в 8-ой главе. Ложная трактовка сделана осознанно и умышленно с целью подгонки фундаментальной механики под социально-экономические требования времени. Что отражает и означает формула A = F ? S ? Она отражает и означает выполнение какого-либо производственного или хозяйственного задания. Например, работу по такой формуле можно представить как переноску или перевозку груза на заданное расстояние или подъем груза на заданную высоту. При этом опускание груза или удержание груза на одной высоте работами не считаются. Работа по ускорению очень большой массы при горизонтальном перемещении без трения тоже вычисляется в официальной механике лишь по расстоянию, а не по затраченному времени. Для создания научной механики как основы физики нужно обратиться к бессмертным учениям Аристотеля, Декарта и Ньютона (смотрите 3-ю главу). В фундаментальной механике мы будем пользоваться следующими базовыми формулами, суждениями и понятиями.
-
--
Сила есть мощность.
-
--
Работа.
-
--
Энергия.
-
--
Основным понятием теории проводникового электрического тока следует считать электродвижущую силу, а основной единицей - вольт.
--
Количество электричества -
это не количество свободных зарядов, а количество энергетических волн, созданных источником ЭДС и прошедших через сечение проводника. Численно эта величина совпадает с величиной Q = I ? t электронно-газовой теории тока.
--
Все понятия, имеющие отношение к свободным зарядам, должны быть переданы в электростатику. Например, из теории проводникового тока устраняется понятие "напряженность".
--
Сила тока выводится из количества волн
I
=
Q
/
t
, поэтому не может входить в основные понятия и единицы, как это сделано в системе СИ, ориентирующейся на электростатику.
--
Металлический проводник состоит из цепочек поляризованных атомов, названных нитями.
Одна волна проходит только по одной нити проводника. Электролит проводит ток при образовании в нем цепочек из поляризованных молекул. Ни сами ионы, ни их движение для прохождения тока не нужны. Подробности смотрите в разделе "Электрохимия". Полностью научная теория проводникового электрического тока изложена в 4-й главе.
ї 31. Энергетическая волна
Чтобы легче было понять, какое место параграф с этим названием занимает в научной теории света, напомню краткое содержание теории, разложив все "по полочкам":
-
--
для распространения света вообще и в частности света звезд без потерь энергии, на любые астрономические расстояния и со скоростью 3 . 108 м/с нужно несущее материальное поле
, которое движется с названной скоростью, перенося на себе "корпускулы света"; таким полем является космическое гравитационное поле;
--
переносимая полем "корпускула света"
состоит из материи несущего поля и представляет из себя очень быстро вращающийся сплошной полевой цилиндр диаметром от долей ангстрема до нескольких ангстрем; длина цилиндра равна длине "волны света", если использовать это официальное понятие;
--
"корпускула света" формируется в несущем гравитационном поле с помощью "энергетической волны"
элементарного источника света.
ї32. Источник света
В предыдущем параграфе мы рассматривали перемещение энергетических волн вдоль проводника; но в тепловой или в световой "нагрузке", например в проволоке лампочки накаливания, энергетические волны идут не только в продольном, но и в поперечном направлении. Еще раз напоминаю, что вы изучаете новую теорию , в которой не позаимствовано ни одной идеи из антинаучных официальных теорий электричества и света. Если выразиться точнее, то названные официальные учения являются не науками, а эклектическим месивом из наивных, антинаучных и чаще всего вздорных идей и гипотез. О причинах такого безобразия я не раз говорил. Нарисуем сечение вольфрамовой нити накала лампы (сечение проволоки).На рисунке не показаны "нити" проволоки, то есть не показаны продольные цепочки атомов, по которым перемещаются и распространяются энергетические волны. Количество "нитей" (цепочек атомов) практически совпадает с количеством атомов в сечении проволоки. На геометрическом радиусе сечения проволоки расположены атомы, по которым перемещаются поперечные энергетические волны , то есть те волны, которые выходят из проволоки во внешнее пространство. Не следует думать, естественно, что поперечные волны - это те продольные волны, которые развернулись и стали двигаться в перпендикулярном направлении. Но материя поперечных волн формируется из материи продольных волн, а их суммарные энергии почти равны, если система изготовлена (собрана) технологически грамотно. Поперечные волны, как и продольные, образуются при колебании атома. Одно колебание - одна волна. Но между продольными и поперечными колебаниями есть различие. Продольные колебания распространяются по непрерывной продольной цепочке атомов. А в случае поперечного колебания волна распространяется просто по радиусу сечения проволоки, вне зависимости от наличия на этом "радиусе" атомов, хотя последние конечно же есть. В итоге, правильнее будет считать, что поперечная волна распространяется по территориям атомов, расположенных на геометрическом радиусе сечения провода. Следует помнить, что волна эта не математическая, а вполне реальная, материальная, обладающая упругостью и значительной плотностью, превышающей плотность известных жидкостей. Атомы, расположенные на "радиусе", одновременно принадлежат продольным цепочкам (нитям). Энергетическая волна распространяется по горизонтальной цепочке атомов (по нити) со скоростью 3·108 м/с. Путь длиной в 10-10 м (диаметр среднего атома) волна "пробегает" за 3·10-19 с, откуда следует, что вероятная максимальная частота колебания атома может достигать 3·1018Гц, так как частота есть величина, обратная величине периода. Но из таблицы, которая приведена ниже, видно, что в реальных лампочках накаливания через атом проходит за секунду в среднем 108 энергетических волн. Однако не спешите делать вывод, что атом колеблется с частотой 108Гц, потому что частота, как вы теперь вероятно знаете, -это не количество волн в секунду, а отношение единицы к продолжительности периода. Если через атом проходит за секунду 108 энергетических волн, то это означает всего лишь, что интервал между волнами длится 10-8 секунды. И это - вовсе не период волны, так как энергетические волны движутся по цепочке атомов (нити) на огромных расстояниях одна от другой. Если бы они двигались подряд, то период равнялся бы 3·10-19 с. Последняя цифра приведена чуть выше. Но какова же величина реального (действительного) периода колебания атома проволоки лампочки? Узнав эту цифру, мы легко подсчитаем частоту колебания атома, частоту входящей через "радиус" энергетической волны и частоту корпускулы света ("световой волны"). На современном этапе развития оптики мы можем двигаться при вычислении частоты колебания атома только обратным порядком: зная спектральную частоту, вычисляем частоту "радиуса" (подробности - ниже), а затем - частоту атома. Но кое-что нам уже известно. Во-первых, частота колебания атома пропорциональна количеству энергетических волн, проходящих через атом за секунду, а последняя величина пропорциональна величине напряжения на атоме (смотрите таблицу). В оптике в данном случае речь идет о температуре накала проволоки. Во-вторых, частота пропорциональна скорости перемещения энергетической волны по "радиусу", а последняя обратно пропорциональна количеству атомов на радиусе, так как они создают помеху для перемещения материи поля. Главной величиной для элементарного источника света является частота выходящей на поверхность проволоки энергетической волны. Мы уже знаем, что чем выше напряжение на атоме, тем больше энергия волны, тем выше ее скорость, тем короче ее период и тем больше ее частота. Но единая энергетическая волна может быть создана колебанием не одного атома "радиуса", а синхронным колебанием нескольких атомов "радиуса". В последнем случае энергия волны возрастет пропорционально количеству атомов, во столько же раз вырастут ее скорость и частота. Богатство спектра одного и того же вещества и различие спектров веществ подсказывают нам, что помимо самих атомов энергетические волны создаются нуклонами атомов. Для создания одной волны световой частоты нужно одно синхронное колебание от 12-ти до 24-х нуклонов, расположенных на радиусе сечения вольфрамовой проволоки. Энергия излучения одного нуклона соответствует частоте 3,15·1013 Гц, что в несколько раз меньше световой частоты. Если исследовать не вольфрам, а водород, то для получения волны видимого света потребуется цепочка минимум из 12-ти атомов водорода, расположенных на линии излучения. Электроны не участвуют в создании тепловых, световых и более коротких волн из-за своей легкости и очевидной неподвижности в атоме, поскольку с помощью электронов строится жесткий каркас твердого вещества. Еще раз напомню, что суммарная энергетическая волна может быть создана только теми атомами или теми нуклонами, которые расположены строго на линии излучения (на радиусе сечения проволоки) и которые совершили одно синхронное колебание. Это давно практически доказано в электротехнике, но не понято теоретиками, базирующимися на электростатической теории электричества. Например, мощность энергетической волны пропорциональна количеству источников электродвижущей силы, включенных в замкнутую цепь последовательно. При параллельном соединении источников электродвижущей силы мощность на выходе не меняется, и энергия, потребляемая "нагрузкой", не зависит от количества запараллеленных источников тока. Такова же ситуация и в источнике света: атомы поверхности излучателя работают параллельно, поэтому от величины площади излучателя ни энергия световой корпускулы, ни частота света не зависят. Повторю то, что было написано в 31-м параграфе: элементарным источником света является всего лишь одна электрон-протонная пара атома, находящегося на поверхности тела, излучающего свет. Электрон-протонная пара находится, в свою очередь, на поверхности атома, обращенной в сторону поверхности раскаленного тела. В этом же параграфе подробно описан процесс превращения энергетической волны источника света в корпускулу света. Импульс вращения корпускула света получает в момент прохода через поле вращающейся электрон-протонной пары. Постоянство вращения как электрон-протонной пары, так и корпускулы света поддерживается непрерывным притоком энергии из космического гравитационного поля. Ни о какой "инерции" вращения не может быть речи , так как все пространство Метагалактики заполнено непрерывным стационарным полем, обладающим упругостью и плотностью. Все корпускулы света, улетающие с поверхности источника света, вращаются в одну сторону и поэтому имеют одинаковую полярность (поляризованность). Элементарный источник света является самостоятельным и полноценным источником, не нуждающимся в помощи соседних источников. Все те разновидности корпускул и "волн", частот и энергий, которые выделяет источник света образуются в каждом элементарном источнике света данного раскаленного тела. Видимый свет занимает очень узкую полосу частот, а через элементарный источник выходят энергетические волны более низких и более высоких частот. Наибольшее количество энергии выходит в виде тепловых излучений, то есть излучений с низкими частотами. С гравитационным полем корпускулы всех видов излучений перемещаются совместно. Мы невольно подошли здесь к темам теплопередачи и теплопроводности. В официальной науке, базирующейся на ложной идее пустоты пространства между частицами вещества, под теплом понимается колебание атомов или молекул, а под теплопроводностью понимается передача колебаний от горячего тела к холодному. Опора на такие ложные догмы является одной из причин оболванивания будущих ученых и внедрения ложных идей в теорию излучений и в астрономию. Получается, например, так, будто бы энергия Солнца передается на Землю только в виде света и некоторых более длинных и более коротких волн. Но, во-первых, о каких "волнах"идет речь в официальной науке, если она отвергла "эфир" и не видит между редкими атомами космического "вакуума" ничего, кроме абсолютной пустоты?! Во-вторых, официальные "волны" не смогут передать тепло веществу Земли, так как эти самые "волны" не материальны и не содержат в себе вещества, колебание которого могло бы передать колебания веществу Земли. Явная нестыковка получается! Официальная фундаментальная наука, если она в ближайшее время совсем не сгинет, вынуждена будет отказаться от ложной идеи абсолютной пустоты пространства и снизойдет до изучения свойств стационарного материального поля, заполняющего пространство между частицами вещества. "Тепловая энергия" - это всего лишь высокопарная фраза в официальной науке. За этой фразой - пустота (логическая), так как наемный ученый не понимает сущности тепла. Он говорит, что если частица ударит другую частицу, то это называется теплопередачей и теплопроводностью. Но я думаю, что это правильнее будет назвать наивной глупостью. При упругих ударах передается только количество движения, и никакое тепло там возникнуть не может. Тепловая материя - это материя стационарного поля, проявляющая себя в движении, перемещении. Подробности изложены в 5-й главе. Энергия от источника света уходит в пространство не только в виде излучения, так как теплопроводностью обладают не только твердое вещество, воздух или плохонький вакуум. Теплопроводностью обладает материальное поле, заполняющее все пространство между частицами твердого тела, газа или вакуума. Разница - только в величине теплопроводности, так как плотность поля в твердом теле больше, чем в газе, а в газе - больше, чем в вакууме. Величина теплопроводности пропорциональна плотности поля. Электрической лампочкой, даже если в ее баллоне вакуум, можно обогревать небольшое помещение не хуже, чем электрической плиткой. Но из этого вовсе не следует делать вывод, будто бы в тепло превращается свет. Световая энергия может превратиться в тепловую, но она все-таки очень мала. Впрочем, мощности современных лабораторий позволяют начать тщательное изучение теплопередачи и излучений источников света. В этом деле нужна ясность! Чтобы получить точные цифры энергии световых корпускул и новый коэффициент частоты, вместо известной в наше время так называемой "постоянной Планка", нам предстоит составить довольно сложную таблицу, в которой анализируется работа и параметры двух ламп накаливания. Перед этим я приведу вспомогательные сведения. Данные по вольфраму Атомная масса - 183,85 а.е.м.. Плотность - 19 350 кг/м3 Количество атомов в 1 м3 - 6,3382295 ·1028. в 1 м - 3,9871 ·109. в 1 м2 - 1,5897 ·1019. Формула для определения количества атомов:
где NA = 6,0221367 ·1023 моль-1; d - плотность, кг/м3; А - атомная масса, а.е.м.. Масса атома - 3,0529 ·10-25 кг. Диаметр атома - 2,5081 ·10-10 м (официальный). Количество нуклонов - 184. Нити накала Вольфрамовые нити для лампочек мы будем брать не спиральные, а прямые, поэтому воспользуемся наиболее простыми формулами.
-
--
Пусть мощность лампочек 100Вт и 500Вт.
--
Напряжение 220 В.
--
Проектируемая температура нити 2800К.
--
Из справочника возьмем коэффициент, соответствующий данной температуре:
-
--
Диаметр нити: D = (I/I")2/3 см.
--
Длина нити:
·D
-
--
Проводящей "нитью" проводника служит непрерывная цепочка атомов вдоль провода. Энергетическая волна идет по одной "нити". Вольфрамовую проволоку лампочки мы будем называть нитью накала.
--
Количество проводящих нитей проволоки равно количество атомов в сечении.
--
Очень важной цифрой является среднее количество атомов на геометрическом радиусе сечения провода (на векторе). Оно вычисляется путем деления количества атомов в сечении на количество атомов на окружности провода.
--
Количество волн через сечение в секунду:
-
--
"Интервал" - время между энергетическими волнами через атом (от источника Э.Д.С.).
NN п/п | Параметры |
Отношение |
||
Сила тока, I, А | ||||
Диаметр нити накала, D, м | ||||
Радиус нити накала | ||||
Длина нити накала, , м |
||||
Количество атомов на длине нити провода | ||||
Количество атомов в сечении |
1,9208582 ·1010 |
1,6423895 ·1011 |
||
Количество атомов в объеме |
5,2876613 ·1019 |
7,7308125 ·1020 |
||
Количество атомов на поверхности |
1,3524534 ·1015 |
|||
Количество атомов на окружности | ||||
Количество атомов на "радиусе" (на векторе) | ||||
Количество волн через сечение в секунду |
1,4185241 ·1019 |
|||
Количество волн через атом сеч. за сек. | ||||
Время между волнами через (атом интервал) |
6,77006232 ·10-9 |
1,1578157 ·10-8 |
||
Напряжение на атоме, В |
7,9919618 ·10-8 |
4,6738403 ·10-8 |
||
Энергия "радиуса" (вектора) за секунду, Дж | ||||
Энергия атома за секунду, Дж |
1,8911956 ·10-18 |
6,467626 ·10-19 |
||
Энергия нуклона за секунду, Дж |
1,0278236 ·10-20 |
3,5150141 ·10-21 |
||
Энергия атома за интервал (за одну волну), Дж |
1,2804546 ·10-26 |
7,4884076 ·10-27 |
||
Энергия нуклона за интервал (за одну волну), Дж |
4,0697867 ·10-29 |
|||
Энергия волны от одного нуклона, Дж |
4,0697867 ·10-29 |
Еинт. = 7,39397 ·10-14·6,77006232 ·10-9 = 5,0061785 ·10-22 Дж.
Энергию излучения "радиуса" (вектора) за время "интервала" можно изобразить в виде площади, ограниченной осью координат и общеизвестной кривой энергии излучения на каждой длине волны.
Рис Энергия излучения "радиуса" сечения нити накала лампочки 100 Вт за "интервал". Примечания. 1. Заштрихована область видимых волн (видимого света). 2. Справа кривая опускается до 10 мкм (на рисунке не показано). 3. Энергия излучения "радиуса" (вектора) за время "интервала" изображена в виде площади, ограниченной осью координат и общеизвестной кривой энергии излучения на каждой длине волны.
Левая часть кривой предыдущего рисунка. Энергия большой клеточки: Е кл. = 8,7827692-Ю" 24 Дж. Энергия маленькой клеточки (тетрадной): Ем лет. = Е кл /16 = 5.4892307 Ю" 25 Дж. Подсчет энергии показал, что левую нижнюю клетку нужно увеличить, поэтому делаем еще один рисунок.
Мкм
Левая часть кривой предыдущего рисунка. Энергия большой клеточки: Екл. = 8,7827692 ·10-24Дж. Энергия маленькой клеточки (тетрадной): Ем.кл. = Екл /16 = 5,4892307 · 10-25Дж Подсчет энергии показал, что левую нижнюю клетку нужно увеличить, поэтому делаем еще один рисунок. Энергия большой клетки Е = 5,4892307 · 10-25Дж. Энергия маленькой клетки (тетрадной): Ем.кл. = Е /25 = 2,1956923 · 10-26Дж. Вычислим энергии крайних левых участков и занесем вычисления в небольшую таблицу.
?, мкм | Кол-во клеток | Энергия участка, Е, Дж | ?, мкм | Кол-во клеток | Энергия участка, Е, Дж |
0,200 - 0,205 | 0,05 | 1,098 · 10-27 | 0,225 - 0,230 | 0,15 | 3,293 · 10-27 |
0,205 - 0,210 | 0,05 | 1,098 · 10-27 | 0,230 - 0,235 | 0,2 | 4,391 · 10-27 |
0,210 - 0,215 | 0,1 | 2,195 · 10-27 | 0,235 - 0,240 | 0,2 | 4,391 · 10-27 |
0,215 - 0,220 | 0,1 | 2,195 · 10-27 | 0,240 - 0,245 | 0,25 | 5,49 · 10-27 |
0,220 - 0,225 | 0,15 | 3,293 · 10-27 | 0,245 - 0,250 | 0,25 | 5,49 · 10-27 |
Перейдем к обследованию правого края кривой, изображающей энергию излучения на разных частотах. По направлению вправо длины волн увеличиваются. А частота волны и ее энергия соответственно уменьшаются. Минимум энергии и самое низкое положение кривой справа будет там, где всего один нуклон создает всего одну волну. Из таблицы "Лампочки накаливания как источники света" мы можем выписать энергию волны от одного нуклона (пункт 20-й): Еволны нуклона = 6,959 ·10-29Дж. Предполагая, что коэффициент частоты нам уже известен (h = 2,21 ·10-42), вычислим частоту волны и длину волны правого конца обследуемой кривой:
Если вы вернетесь к тексту под графиком кривой, то там было сказано: "Справа кривая опускается до 10 мкм". Тогда мы еще не знали подлинной величины коэффициента частоты. Двигаясь теперь обратным порядком, то есть основываясь на знании частоты волны нуклона и на знании величины энергии его волны, мы можем вычислить коэффициент частоты:
Итак, мы воспользовались двумя приемами нахождения коэффициента частоты и пришли к одинаковым числам. Но есть еще один способ, который подтвердит истинность наших выводов. Я говорил еще в начале книги и в других разделах, что Планк, Эйнштейн и эйнштейнианцы завысили коэффициент частоты в 3 ·108 раза. Подробно описаны причины такого "ученого" безобразия. Но сейчас мы остановимся только на цифрах. Разделив коэффициент частоты, полученный Планком ("постоянная Планка"), на величину скорости света, мы узнаем подлинную величину коэффициента частоты:
Что и требовалось доказать!
ї33. Световая корпускула
Свет есть перемещение гравитационным полем корпускул, сформированных из материи этого поля . Для перемещения материи со скоростью 3 ·108 м/с необходимо наличие несущего поля, которое перемещается с этой скоростью. Таким полем является космическое гравитационное поле. Физики, в отличие от математиков должны понимать различие между скоростью перемещения и скоростью распространения. Для распространения нужна вещественная среда: газ, жидкость, твердое тело. В абсолютной пустоте, которую проповедуют современные академики, не может распространяться ни свет, ни звук, ни радиоволны. Скорость распространения прямо пропорциональна упругости среды. Для распространения гипотетических "световых волн" потребовалась бы среда, упругость которой намного превосходит упругость известных на Земле твердых тел, так как требуемая скорость распространения чрезвычайно высока: 3 ·108 м/с. Никаких "световых волн" в природе нет и никто не наблюдал их в лабораторных условиях; такие волны - выдумка математиков. Но нам придется иногда пользоваться термином "длина световой волны", чтобы найти общий язык с писаниями официальной оптики. Нужно только помнить, что под "длиной световой волны" следует понимать реальную геометрическую длину световой корпускулы. Мною пересмотрены и еще два близких понятия:-
--
период
- время, в течение которого световая корпускула проходит через неподвижное сечение (плоскость);
--
частота
- величина, обратная периоду.
?, м |
, Гц |
Екорп., Дж | Колич. "рабочих" нуклонов на "радиусе" | Разница в длинах корпускул, м |
. "Волновой фронт", как видим, не понадобился, но ведь именно на него делал ставку Гюйгенс. Итак, получили:
. "Волновой фронт", как видим, не понадобился, но ведь именно на него делал ставку Гюйгенс. Что такое софистика? Это нарушение законов логики, выполненное умышленно и достаточно тонко и незаметно. Один из методов применения софистики показал Гюйгенс с целью внедрения в оптику своей фантастической волновой теории света. В своих рассуждения насчет "волнового фронта" Гюйгенс нарушил логический закон тождества. Обратите внимание, что в первой среде (до плоскости между средами) у Гюйгенса движется всего одна огромная сферическая волна, у которой он выделяет лобовую плоскость и называет эту часть "фронтом волны". А после прохода границы между средами речь идет уже не о "фронте волны", как это должно быть в случае соблюдения логики, а речь идет о множестве мелких "вторичных" сферических волн, распространяющихся на равных правах во всех направлениях второй среды. Никакой единой волны нет, единого направления светового потока нет, и Гюйгенс вводит уже совершенно новое понятие "волновой фронт", проведя касательную так, чтобы она была перпендикулярна лучу преломленного света. Но второго фронта просто не может быть даже внутри теории Гюйгенса, так как "вторичные волны" его теории распространяются сами по себе во все стороны пространства. Но как же преломление света происходит не в абстрактной геометрии, а в действительности? Я уже говорил выше, что корпускула света испытывает торможение со стороны вещества, через которое она перемещается, и если плотность среды не меняется, то корпускула света движется строго по одному направлению. Смена направления полета происходит в том случае и в то время, когда корпускула света "падает" под косым углом на границу двух сред, имеющих разную плотность. Чтобы понять причину такого "поведения" корпускулы света, нужно знать ее структуру, форму и содержание. Световая корпускула - сплошной цилиндр, состоящий из материи гравитационного поля. Ее длина от тысячи до десяти тысяч раз больше ее диаметра. Меняя направление полета на границе двух сред, корпускула постепенно изгибается в районе границы, а во второй среде снова становится прямолинейной. Почему происходит изгиб корпускулы? Корпускула вращается вокруг своей оси, которая совпадает с направлением полета. Правильнее будет представлять корпускулу не как вращающийся жесткий стержень, а как множество плоских вращающихся в одну сторону дисков, насаженных на общую ось. При косом падении на границу двух сред, имеющих разную плотность, диск касается второй среды не сразу всей плоскостью, а краем, наиболее удаленным от оси вращения. Если вторая среда более плотная, то край диска испытывает торможение, и тормозящая сила среды начинает разворачивать диск, перемещая ось его вращения ближе к перпендикуляру, условно проведенному через плоскость между средами. Рис.N Смещение диска корпускулы форму и содержание. Световая корпускула - сплошной цилиндр, состоящий из материи гравитационного поля. Ее длина от тысячи до десяти тысяч раз больше ее диаметра. Меняя направление полета на границе двух сред, корпускула постепенно изгибается в районе границы, а во второй среде снова становится прямолинейной. Почему происходит изгиб корпускулы? Корпускула вращается вокруг своей оси. которая совпадает с направлением полета. Правильнее будет представлять корпускулу не как вращающийся жесткий стержень, а как множество плоских вращающихся в одну сторону дисков, насаженных на общую ось. При косом падении на границу двух сред, имеющих разную плотность, диск касается второй среды не сразу всей плоскостью, а краем, наиболее удаленным от оси вращения. Если вторая среда более плотная, то край диска испытывает торможение, и тормозящая сила среды начинает разворачивать диск, перемещая ось его вращения ближе к перпендикуляру, условно проведенному через плоскость между средами.
Рис.N Смещение диска корпускулы
Ниже границы MN, показанной на рисунке, среда более плотная, в оптическом смысле. Диск АВС изображен в трех позициях:
-
--
А1В1С1 - диск касается краем А1 границы между средами;
--
А2В2С2 - границу пересекает середина диска;
--
А3В3С3 - диск начал перемещаться в новом направлении, то есть в направлении преломленного луча света.
-
--
"смещение", вызванное взаимным разлетом или сближением космических тел, находящихся в одном гравитационном поле (в поле одной звезды);
--
"смещение", вызванное взаимным (относительным) перемещением космических тел, находящихся в двух полях (в полях двух звезд).
И спасибо за внимание!
682 692 625 - 656 - Геом. ось Геометрический радиус сечения (кружочками обозначены атомы) Сечение проволоки
Интерференция волн. Когерентные волны. Разность хода двух волн. Условия интерференционных максимумов и минимумов
Условия интерференционного максимума и минимума
Тема 9. Волновая теория света. Интерференция света. Метод Юнга
Интерференцией волн называется явление усиления колебаний в одних точках пространства и ослабления колебаний в других точках в результате наложения двух или более волн, приходящих в эти точки. При наложении двух (или нескольких) световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других – минимумы интенсивности. Необходимым условием наблюдения устойчивой интерференционной картины является когерентность складываемых волн. Когерентными называются волны одинаковой частоты, колебания в которых отличаются постоянной во времени разностью фаз.
Для получения когерентных световых волн применяют метод разделения волны, излучаемой одним источником, на две части, которые после прохождения разных оптических путей накладываются друг на друга, и в результате наблюдается интерференционная картина.
Произведение геометрической длины s пути световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды называетсяоптической длиной пути L , a величина D = L 2 – L 1 (разность оптических длин проходимых волнами путей) называетсяоптической разностью хода.
Если оптическая разность хода D равна целому числу длин волн l 0 , т.е.
( = 0, 1, 2,…) ,
М обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе, и в точке М будет наблюдатьсяинтерференционный максимум (m – порядок интерференционного максимума).
Если же оптическая разность хода D равна полуцелому числу длин волн l 0 , т.е.
( = 0, 1, 2,…) ,
то колебания, возбуждаемые в точке М обеими волнами, будут происходить в противофазе, и в точке М будет наблюдатьсяинтерференционный минимум (m – порядок интерференционного минимума).
В качестве примера интерференции световых волнрассмотрим метод Юнга.
Метод Юнга. Для наблюдения интерференции света когерентные световые пучки получают разделением и последующим сведением световых лучей, исходящих из одного и того же источника. Источником света служит ярко освещенная щель S (рис. 20), от которой световая волна падает на две узкие равноудаленные щели S 1 и S 2 , параллельные щели S. Таким образом, щели S 1 и S 2 играют роль когерентных источников, а
Интенсивность света в точкеА определяется оптической разностью хода лучей: D= s 2 – s 1 .
Согласно рисунку 20:
; , откуда или .
Из условия l >>d следует, что s 1 + s 2 » 2l, тогда
Согласно этому соотношению и условиям наблюдения интерференционных максимумов и минимумов положения максимумов (x max ) и минимумов (x min ) интенсивности на экране в методе Юнга определяются следующим образом:
( = 0, 1, 2,…) ,
( = 0, 1, 2,…) .
Расстояние между двумя соседними максимумами (или минимумами) Dx называется шириной интерференционной полосы и равно:
Из этого соотношения следует, что величина Dx зависит от длины волны l 0 . Поэтому, четкая интерференционная картина, представляющая собой чередование на экране светлых и темных полос, возможна только при использовании монохроматического света, то есть света определенной длины волны l 0 .
Тема 10. Дифракция света. Дифракция Френеля
Дифракцией называется огибание волнами препятствий. Дифракцию света определяют как любое отклонение распространения света вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Благодаря дифракции волны попадают в область геометрической тени, проникают через небольшие отверстия и т. д.
Явление дифракции объясняется с помощью принципа Гюйгенса , согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн задает положение волнового фронта.
|
|
Френель дополнил принцип Гюйгенса идеей интерференции вторичных волн.
Согласнопринципу Гюйгенса – Френеля световая волна, возбуждаемая каким-либо источником S , может быть представлена как результат суперпозиции когерентных вторичных волн, «излучаемых» фиктивными источниками. Такими источниками могут служить, например, бесконечно малые элементы любой замкнутой поверхности, охватывающей источник S. Если в качестве таковой выбрать одну из волновых поверхностей (волновой поверхность – это геометрическое место точек, колебания в которых происходят в одинаковой фазе), то все бесконечно малые элементы этой замкнутой поверхности, как фиктивные источники, действуют синфазно. Это свойство фиктивных источников когерентных вторичных волн использовано в методе зон Френеля при изучении дифракции сферических волн.
Метод зон Френеля. Найдем в произвольной точке М амплитуду световой волны, распространяющейся от точечного источника света S (рис. 21).
|
Френель разбил волновую поверхность Ф , являющуюся сферической поверхностью с центром в точке S , на кольцевые зоны (зоны Френеля) такого размера, чтобы расстояния от краев соседних зон до точки М отличались на l /2 (рис. 21). Так как колебания от соседних зон проходят до точки М расстояния, отличающиеся на l /2, то в точку М они приходят в противофазе и при наложении взаимно ослабляют друг друга. Поэтому амплитудаА М :
где А 1 , А 2 , ..., А n – амплитуды колебаний, идущих от 1-ой, 2-ой, ... , n -ной зоны.
В результате сложения амплитудаА результирующего светового колебания в точке М оказалась равной половине амплитуды А 1 центральной зоны Френеля:
То есть, амплитуда светового колебания, идущего только от одной центральной зоны Френеля вдвое больше, чем амплитуда результирующего светового колебания при полностью открытом волновом фронте. Этот эффект подтвержден экспериментально с помощью зонных пластинок, на практике, стеклянных пластинок, построенных по методу зон Френеля. Зонные пластинки состоят из чередующихся прозрачных (для нечетных зон Френеля) и непрозрачных (для четных зон Френеля) концентрических колец. В этом случае результирующая амплитудаА (A=A 1 +A 3 +A 5 +... ) больше, чем при полностью открытом волновом фронте. Опыт подтвердил, что зонные пластинки увеличивают освещенность в точке М, действуя подобно собирающей линзе.
Дифракция Френеля на круглом отверстии. Сферическая волна, распространяющаяся из точечного источника S, встречает на своем пути круглое отверстие (рис. 22). Дифракционная картина на экране зависит от числа зон Френеля, открытых круглым отверстием. После разбиения открытой части волновой поверхности Ф на зоны Френеля для точкиВ , лежащей на экране (рис. 22), определяют число открытых зон. Если число открытых зон Френеля четное, то в точкеВ наблюдается темное пятно, так как колебания от каждой пары соседних зон Френеля взаимно гасят друг друга. Если же число открытых зон Френеля нечетное, то в точкеВ будет светлое пятно.
Дифракция Френеля на диске. Сферическая волна, распространяющаяся от точечного источника S, встречает на своем пути диск (рис. 23). Пусть для точкиВ , лежащей на линии, соединяющей источник S с центром диска, после разбиения волновой поверхности Ф на зоны Френеля окажутся закрытыми диском m первых зон Френеля. Тогда амплитудаА результирующего колебания в точке В равна: , то есть в точке В будет светлое пятно, соответствующее действию половины первой открытой зоны Френеля.
1. Световая волна. Интерференция света. Когерентность (временная и пространственная) и монохроматичность световых волн. Условия максимума и минимума интенсивности при интерференции.
Световая волна - электромагнитная волна видимого диапазона длин волн. Частота световой волны (или набор частот) определяет "цвет". Энергия, переносимая световой волной, пропорциональна квадрату ее амплитуды. Явление обpазованиячеpедующихся полос усиления и ослабления интенсивности света называется интеpфеpенцией. Интеpфеpенция света наблюдается пpи наложении дpуг на дpуга двух или большего числа пучков света. Когерентность - согласованное протекание во времени и пространстве нескольких колебательных или волновых процессов. Когерентность выражается в постоянстве или закономерной связи между фазами, частотами, поляризациями и амплитудами этих волн. Временная когерентность - состояние, при котором световые волны на протяжении своего периода проходят данную область в пространстве за одно и то же время. Пространственная когерентность - состояние, при котором световые волны, проходящие через пространство, не обязательно совпадают по частоте, но совпадают по фазе. Монохроматические волны – неограниченные в пространстве волны одной определенной и строго постоянной частоты.
Если разность хода равна целому числу длин волн в вакууме
то , и колебания, возбуждаемые в точке Р обеими волнами, будут происходить в одинаковой фазе. Следовательно, (8.1.3) является условием интерференционного максимума.
Если оптическая разность хода
(8.1.4)
то , и колебания, возбуждаемые в точке Р обеими волнами, будут происходить в противофазе. Следовательно, (8.1.4) является условием интерференционного минимума.
2. Способы получения когерентных волн. Интерференция света в тонких пленках.
Тепловые источники некогерентны друг другу. Для получения когерентных световых волн, волну, излучаемую одним источником света, разделяют на две, и затем полученные волны сводят вместе в некоторой области пространства, называемой областью перекрытия.
Опыт Юнга
И сточником света является освещенная щельS, от которой световая волна падает на две узкие щели S 1 и S 2 , освещаемые различными участками одного и того же волнового фронта (Рис.1.5). Проходя через каждую из щелей, световой пучок уширялся вследствие дифракции, поэтому на белом экране Р световые пучки, прошедшие через щели S 1 и S 2 , перекрывались. В области перекрытия световых пучков наблюдалась интерференционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.
Бипризмы Френеля
Д ля разделения световой волны используют двойную призму (бипризму) с малым преломляющим углом . Источником света является ярко освещеннаящельS, параллельная преломляющему ребру бипризмы. В силу малости преломляющего угла бипризмы (несколько угловых минут) все лучи отклоняются на один и тот же угол независимо от угла падения, при этом отклонение происходит в сторону основания каждой из призм, составляющих бипризму. В результате образуются две когерентные волны, виртуально исходящих из мнимых источников и , лежащих в одной плоскости с реальным источником
Бизеркало Френеля
В установке бизеркала Френеля две когерентные волны получают при отражении от двух зеркал, плоскости которых образуют двугранный угол ,где - очень малый угол. Источник – узкая освещенная щель , параллельная грани двугранного угла. Отраженные от зеркал пучки падают на экран Э, и в области перекрытияPQ возникает интерференционная картина в виде полос, параллельных щели .
Интерференция света в тонких пленках:
При освещении тонкой плёнки можно наблюдать интерференцию световых волн, отражённых от верхней и нижней поверхности плёнок. Для белого света, представляющего собой смешение электромагнитных волн из всего оптического спектра, интерференционные полосы приобретают окраску.
Одна волна (та, котоpая заходит в пленку) отстает от дpугой. Между волнами обpазуетсяpазность хода. Если эта pазность хода пеpеменная в пpостpанстве, то создаются условия для наблюдения полос интеpфеpенции. Интеpфеpенцию в тонких пленках можно наблюдать двумя способами. Один способ основан на том, что пленка имеет pазличную толщину в pазных местах, дpугой - на том, что свет может падать на пленку под pазными углами. Пеpвый способ дает так называемые полосы pавной толщины, втоpой - полосы pавного наклона.
3. Применение интерференции: интерферометры, просветление оптики.
Явление интерференции обусловлено волновой природой света; его количественные закономерности зависят от длины волны. Поэтому это явление применяется для подтверждения волновой природы света и для измерения длин волн (интерференционная спектроскопия).
Интерферометр - измерительный прибор, принцип действия которого основан на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и возвращается на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить смещение фаз пучков
Интерферометры применяются как при точных измерениях длин, в частности в станкостроении и машиностроении, так и для оценки качества оптических поверхностей и проверки оптических систем в целом.
Просветление оптики - это нанесение на поверхность линз, граничащих с воздухом, тончайшей плёнки или нескольких плёнок одна поверх другой. Это необходимо для увеличения светопропускания оптической системы. Показатель преломления таких плёнок меньше показателя преломления стёкол линз. Просветляющие плёнки уменьшают светорассеяние и отражение падающего света от поверхности оптического элемента, соответственно улучшая светопропускание системы и контраст
оптического изображения.
4. Понятие о дифракции света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Метод зон Френеля. Прямолинейное распространение света.
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.
П ринцип Гюйгенса-Френеля позволяет объяснить механизм распространения волн. Принцип состоит из двух частей:
Первая часть носит название принцип Гюйгенса (1678). Его суть состоит в том, что каждая точка поверхности, достигнутая световой волной, является вторичным источником световых волн. Точка же, огибающая вторичные волны становится волновой поверхностью в следующий момент времени.
Вторая часть принципа носит название принцип (дополнение) Френеля (1815). Он звучит следующим образом: каждый элемент волнового фронта можно рассматривать как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.
Математически принцип Гюйгенса–Френеля имеет обоснование в виде интегральной теоремы Кирхгофа.
Метод зон Френеля: Френель предложил метод разбиения фронта волны на кольцевые зоны, который впоследствии получил название метод зон Френеля.
Пусть от источника света S распространяется монохроматическая сферическая волна, P - точка наблюдения. Через точку O проходит сферическая волновая поверхность. Она симметрична относительно прямой SP.
Р азобьем эту поверхность на кольцевые зоны I, II, III и т.д. так, чтобы расстояния от краев зоны до точки P отличались на половину длины световой волны. Это разбиение было предложено O. Френелем и зоны называют зонами Френеля.
Возьмем произвольную точку 1 в первой зоне Френеля. В зоне II найдется, в силу правила построения зон, такая соответствующая ей точка, что разность хода лучей, идущих в точку P от точек 1 и 2 будет равна l/2. Вследствие этого колебания от точек 1 и 2 погасят друг друга в точке P.
Из геометрических соображений следует, что при не очень больших номерах зон их площади примерно одинаковы. Значит каждой точке первой зоны найдется соответствующая ей точка во второй, колебания которых погасят друг друга. Амплитуда результирующего колебания, приходящего в точку P от зоны с номером m, уменьшается с ростом m, т.е.
При сложении этих колебаний, они должны взаимно ослаблять друг друга:
Закон прямолинейного распространения света – в прозрачной однородной среде свет распространяется по прямым линиям.
5. Дифракция Фраунгофера на дифракционной решетке.
Тип дифракции, при котором дифракционная картина образуется параллельными пучками, называется дифракцией Фраунгофера.
Одномерная дифракционная решетка представляет собой систему из большого числа N одинаковых по ширине и параллельных друг другу щелей в экране, разделенных также одинаковыми по ширине непрозрачными промежутками
Дифракционная картина на решетке определяется как результат взаимной интерференции волн, идущих от всех щелей, т.е. в дифракционной решетке осуществляется многолучевая интерференция когерентных дифрагированных пучков света, идущих от всех щелей.
Рис. 9.6 Рис. 9.7
Пусть луч 1 падает на линзу под углом φ (угол дифракции). Световая волна, идущая под этим углом от щели, создает в точке максимум интенсивности. Второй луч, идущий от соседней щели под этим же углом φ, придет в ту же точку . Оба эти луча придут в фазе и будут усиливать друг друга, если оптическая разность хода будет равна mλ:
Условие максимума для дифракционной решетки будет иметь вид: ,
где m = ± 1, ± 2, ± 3, … .
Максимумы, соответствующие этому условию, называются главными максимумами. Значение величины m, соответствующее тому или иному максимуму называется порядком дифракционного максимума.
В точке F0 всегда будет наблюдаться нулевой или центральный дифракционный максимум.
Так как свет, падающий на экран, проходит только через щели в дифракционной решетке, то условие минимума для щели и будет условием главного дифракционного минимума для решетки:
Конечно, при большом числе щелей, в точки экрана, соответствующие главным дифракционным минимумам, от некоторых щелей свет будет попадать и там будут образовываться побочные дифракционные максимумы и минимумы (рис. 9.7). Но их интенсивность, по сравнению с главными максимумами, мала (≈ 1/22).
При условии , волны, посылаемые каждой щелью, будут гаситься в результате интерференции и появятся дополнительные минимумы.
Количество щелей определяет световой поток через решетку. Чем их больше, тем большая энергия переносится волной через нее. Кроме того, чем больше число щелей, тем больше дополнительных минимумов помещается между соседними максимумами. Следовательно, максимумы будут более узкими и более интенсивными:
Интерференция световых волн
Волновые свойства света наиболее отчетливо обнаруживают себя в интерференции и дифракции . Эти явления характерны для волн любой природы и сравнительно просто наблюдаются на опыте для волн на поверхности воды или для звуковых волн. Наблюдать же интерференцию и дифракцию световых волн можно лишь при определенных условиях. Свет, испускаемый обычными (нелазерными) источниками, не бывает строго монохроматическим. Поэтому для наблюдения интерференции свет от одного источника нужно разделить на два пучка и затем наложить их друг на друга.
Интерференционный микроскоп.
Существующие экспериментальные методы получения когерентных пучков из одного светового пучка можно разделить на два класса .
В методе деления волнового фронта пучок пропускается, например, через два близко расположенных отверстия в непрозрачном экране (опыт Юнга). Такой метод пригоден лишь при достаточно малых размерах источника.
В другом методе пучок делится на одной или нескольких частично отражающих, частично пропускающих поверхностях. Этот метод деления амплитуды может применяться и при протяженных источниках. Он обеспечивает большую интенсивность и лежит в основе действия разнообразных интерферометров. В зависимости от числа интерферирующих пучков различают двулучевые и многолучевые интерферометры. Они имеют важные практические применения в технике, метрологии и спектроскопии.
Пусть две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одинакового направления:
где под x понимаем напряженность электрического E и магнитного H полей волны, которые подчиняются принципу суперпозиции (см. п. 6).
Амплитуду результирующего колебания при сложении колебаний, направленных вдоль одной прямой, найдем по формуле (2.2.2):
Если разность фаз колебаний , возбужденных волнами в некоторой точке пространства , остается постоянной во времени, то такие волны называются когерентными.
В случае некогерентных волн разность фаз непрерывно изменяется, принимая с равной вероятностью любые значения, вследствие чего среднее по времени значение равно нулю (изменяется от –1 до +1). Поэтому.
Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды: . Отсюда можно сделать вывод, что для некогерентных источников интенсивность результирующей волны всюду одинакова и равна сумме интенсивностей, создаваемых каждой из волн в отдельности :
Последнее слагаемое в этом выражении называется интерференционным членом .
В точках пространства, где, (в максимуме), где, интенсивность (в минимуме). Следовательно, при наложении двух (или нескольких) когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникают максимумы, а в других – минимумы интенсивности. Это явление называется интерференцией света .
Устойчивая интерференционная картина получается лишь при сложении когерентных волн. Некогерентность естественных источников света обусловлена тем, что излучение тела слагается из волн, испускаемых многими атомами. Фазы каждого цуга волны никак не связаны друг с другом. Атомы излучают хаотически.
Периодическая последовательность горбов и впадин волн , образующихся в процессе акта излучения одного атома , называется цугом волн или волновым цугом .
Процесс излучения одного атома длится примерно с. При этом длина цуга.
В одном цуге укладывается примерно длин волн.
Последняя точка зрения на природу света уже позже, в XVII в., оформилась в корпускулярную теорию света, согласно которой свет есть поток каких-то частиц, испускаемых светящимся телом.
Третья точка зрения на природу света была высказана Аристотелем. Он рассматривал свет как распространяющееся в пространстве (в среде) действие или движение. Мнение Аристотеля в его время мало кто разделял. Но в дальнейшем, опять же в XVII в., его точка зрения получила развитие и положила начало волновой теории света.
К середине XVII века накопились факты, которые толкали научную мысль за пределы геометрической оптики. Одним из первых ученых, подтолкнувшим научную мысль к теории волновой природы света, был чешский ученый Марци. Его работы известны не только в области оптики, но также и в области механики и даже медицины. В 1648 им открыто явление дисперсии света.
В XVII в. в связи с развитием оптики вопрос о природе света стал вызывать все больший и больший интерес. При этом постепенно происходит образование двух противоположных теорий света: корпускулярной и волновой. Для развития корпускулярной теории света была более благоприятная почва. Действительно, для геометрической оптики представление о том, что свет есть поток особых частиц, было вполне естественным. Прямолинейное распространение света, а также законы отражения и преломления хорошо объяснялись с точки зрения этой теории.
Общее представление о строении вещества также не вступало в противоречие с корпускулярной теорией света. В то время в основе взглядов на строение вещества лежала атомистика. Все тела состоят из атомов. Между атомами существует пустое пространство. В частности, тогда считали, что межпланетное пространство является пустым. В нем и распространяется свет от небесных тел в виде потоков световых частиц. Поэтому вполне естественно, что в XVII в. было много физиков, которые придерживались корпускулярной теории света. В это же время начинает развиваться и представление о волновой природе света. Родоначальником волновой теории света можно считать Декарта.
Единство корпускулярных и волновых свойств электромагнитного излучения
Рассмотренные в данном разделе явления – излучение чёрного тела, фотоэффекта, эффект Комптона – служат доказательством квантовых (корпускулярных) представлений о свете как о потоке фотонов. С другой стороны, такие явления, как интерференция, дифракция и поляризация света, убедительно подтверждают волновую (электромагнитную) природу света. Наконец, давление и преломление света объясняются как волновой, так и квантовой теориями. Таким образом, электромагнитное излучение обнаруживает удивительное единство, казалось бы, взаимоисключающих свойств – непрерывных (волны) и дискретных (фотоны), которые взаимно дополняют друг друга.
Более детальное рассмотрение оптических явлений приводит к выводу, что свойства непрерывности, характерные для электромагнитного поля световой волны, не следует противопоставлять свойствам дискретности, характерным для фотона. Свет, обладая одновременно корпускулярными и волновыми свойствами, обнаруживает определённые закономерности в их проявлении. Так, волновые свойства света проявляются в закономерностях его распространения, интерференции, дифракции, поляризации, а корпускулярные – в процессах взаимодействия света с веществом. Чем больше длина волны, тем меньше энергия и импульс фотона, и тем труднее обнаруживаются квантовые свойства света (с этим связано, например, существование красной границы фотоэффекта). Наоборот, чем меньше длина волны, тем больше энергия и импульс фотона, и тем труднее обнаруживается волновые свойства (например, волновые свойства (дифракция) рентгеновского излучения обнаружены лишь после применения в качестве дифракционной решётки кристаллов).
Взаимосвязь между двойственными корпускулярно-волновыми свойствами света можно объяснить, если использовать, как это делает квантовая оптика, статистический подход к рассмотрению закономерностей рассмотрения света. Например, дифракция света на щели состоит в том, что при прохождении света через щель происходит перераспределение фотонов в пространстве. Так как вероятность попадания фотонов в различные точки экрана неодинакова, то и возникает дифракционная картина. Освещённость экрана пропорциональна вероятности попадания фотонов на единицу площади экрана. С другой стороны, по волновой теории, освещённость пропорциональна квадрату амплитуды световой волны той же точке экрана. Следовательно, квадрат амплитуды световой волны в данной точке пространства является мерой вероятности попадания фотонов в данную точку.
Волновые свойства света
Дисперсия
Ньютон обратился к исследованию цветов, наблюдаемых при преломлении света, в связи с попытками усовершенствования телескопов. Стремясь получить линзы возможно лучшего качества, Ньютон убедился, что главным недостатком изображений является наличие окрашенных краёв. Исследуя окрашивание при преломлении, Ньютон сделал свои величайшие оптические открытия.
Сущность открытий Ньютона поясняется следующими опытами: свет от фонаря освещает узкое отверстие S (щель). При помощи линзы L изображение щели получается на экране MN в виде короткого белого прямоугольника S`. Поместив на пути призму P, ребро которой параллельно щели, обнаружим, что изображение щели сместится и превратится в окрашенную полоску, переходы цветов в которой от красного к фиолетовому подобны наблюдаемым в радуге. Это радужное изображение Ньютон назвал спектром.
Если прикрыть щель цветным стеклом, т. е. если направлять на призму вместо белого света цветной, изображение щели сведется к цветному прямоугольнику, располагающему на соответствующем месте спектра, т. е. в зависимости от цвета свет будет отклоняться на различные углы от первоначального изображения S`. Описанное наблюдения показывает, что лучи разного цвета различно преломляются призмой.
Это важное заключение Ньютон проверил многими опытами. Важнейший из них состоял в определении показателя преломления лучей различного цвета, выделенных из спектра. Для этой цели в экране MN, на котором получается спектр, прорезалось отверстие; перемещая экран, можно было выпустить через отверстие узкий пучок лучей того или иного цвета. Такой способ выделения однородных лучей более совершенен, чем выделение при помощи цветного стекла. Опыты обнаружили, что такой выделенный пучок, преломляясь во второй призме, уже не растягивает полоску. Такому пучку соответствует определенный показатель преломления, значение которого зависит от цвета выделенного пучка.
Описанные опыты показывают, что для узкого цветного пучка, выделенного из спектра, показатель преломления имеет вполне определенное значение, тогда как преломление белого света можно только приблизительно охарактеризовать одним каким то значением этого показателя. Сопоставляя подобные наблюдения, Ньютон сделал вывод, что существуют простые цвета, не разлагающиеся при прохождении через призму, и сложные, представляющие совокупность простых, имеющих разные показатели преломления. В частности, солнечный свет есть такая совокупность цветов, которая при помощи призмы разлагается, давая спектральное изображение щели.
Таким образом, в основных опытах Ньютона заключались два важных открытия:
Свет различного цвета характеризуется различными показателями преломления в данном веществе (дисперсия);
Белый цвет есть совокупность простых цветов.
Мы знаем в настоящее время, что разным цветам соответствуют различные длины световых волн. Поэтому первое открытие Ньютона можно сформулировать следующим образом: показатель преломления вещества зависит от длины световой волны. Обычно он увеличивается по мере уменьшения длины волны.
Дифракция
У световой волны не происходит изменения геометрической формы фронта при распространении в однородной среде. Однако если распространение света осуществляется в неоднородной среде, в которой, например, находятся непрозрачные экраны, области пространства со сравнительно резким изменением показателя преломления и т. п., то наблюдается искажение фронта волны. В этом случае происходит перераспределение интенсивности световой волны в пространстве. При освещении, например, непрозрачных экранов точечным источником света на границе тени, где, согласно законам геометрической оптики, должен был бы проходить скачкообразный переход от тени к свету, наблюдается ряд тёмных и светлых полос, часть света проникает в область геометрической тени. Эти явления относятся к дифракции света.
Итак, дифракция света в узком смысле – явление огибания светом контура непрозрачных тел и попадание света в область геометрической тени; в широком смысле – всякое отклонение при распространении света от законов геометрической оптики.
Определение Зоммерфельда: под дифракцией света понимают всякое отклонение от прямолинейного распространения, если оно не может быть объяснено как результат отражения, преломления или изгибания световых лучей в средах с непрерывно меняющимся показателем преломления.
Если в среде имеются мельчайшие частицы (туман), или показатель преломления заметно меняется на расстояниях порядка длины волны, то в этих случаях говорят о рассеянии света, и термин "дифракция" не употребляется.
Различают два вида дифракции света. Изучая дифракционную картину в точке наблюдения, находящейся на конечном расстоянии от препятствия, мы имеем дело с дифракцией Френеля. Если точка наблюдения и источник света расположены от препятствия так далеко, что лучи, падающие на препятствие, и лучи, идущие в точку наблюдения, можно считать параллельными пучками, то говорят о дифракции в параллельных лучах – дифракции Фраунгофера.
Теория дифракции рассматривает волновые процессы в тех случаях, когда на пути распространения волны имеются какие-либо препятствия.
С помощью теории дифракции решают такие проблемы, как защита от шумов с помощью акустических экранов, распространение радиоволн над поверхностью Земли, работа оптических приборов (так как изображение, даваемое объективом, – всегда дифракционная картина), измерения качества поверхности, изучение строения вещества и многие другие.
Поляризация
Явления интерференции и дифракции, послужившие для обоснования волновой природы света, не дают еще полного представления о характере световых волн. Новые черты открывает нам опыт над прохождением света через кристаллы, в частности через турмалин.
Возьмем две одинаковые прямоугольные пластинки турмалина, вырезанные так, что одна из сторон прямоугольника совпадает с определенным направлением внутри кристалла, носящим название оптической оси. Наложим одну пластинку на другую так, чтобы оси их совпадали по направлению, и пропустим через сложенную пару пластинок узкий пучок света от фонаря или солнца. Так как турмалин представляет собой кристалл буро-зеленого цвета, то след прошедшего пучка на экране представится в виде тёмно-зеленого пятнышка. Начнем поворачивать одну из пластинок вокруг пучка, оставляя вторую неподвижной. Мы обнаружим, что след пучка становится слабее, и когда пластинка повернётся на 900, он совсем исчезнет. При дальнейшем вращении пластинки проходящий пучок вновь начнет усиливаться и дойдет до прежней интенсивности, когда пластинка повернется на 1800, т. е. когда оптические оси пластинок вновь расположатся параллельно. При дальнейшем вращении турмалина пучок вновь слабеет.
Можно объяснить все наблюдающиеся явления, если сделать следующие выводы.
Световые колебания в пучке направлены перпендикулярно к линии распространения света (световые волны поперечны).
Турмалин способен пропускать световые колебания только в том случае, когда они направлены определенным образом относительно его оси.
В свете фонаря (солнца) представлены поперечные колебания любого направления и притом в одинаковой доле, так что ни одно направление не является преимущественным.
Вывод 3 объясняет, почему естественный свет в одинаковой степени проходит через турмалин при любой его ориентации, хотя турмалин, согласно выводу 2, способен пропускать световые колебания только определенного направления. Прохождение естественного света через турмалин приводит к тому, что из поперечных колебаний отбираются только те, которые могут пропускаться турмалином. Поэтому свет, прошедший через турмалин, будет представлять собой совокупность поперечных колебаний одного направления, определяемого ориентацией оси турмалина. Такой свет мы будем называть линейно поляризованным, а плоскость, содержащую направление колебаний и ось светового пучка, – плоскостью поляризации.
Теперь становится понятным опыт с прохождением света через две последовательно поставленные пластинки турмалина. Первая пластинка поляризует проходящий через неё пучок света, оставляя в нем колебания только одного направления. Эти колебания могут пройти через второй турмалин полностью только в том случае, когда направление их совпадает с направлением колебаний, пропускаемых вторым турмалином, т. е. когда его ось параллельна оси первого. Если же направление колебаний в поляризованном свете перпендикулярно к направлению колебаний, пропускаемых вторым турмалином, то свет будет полностью задержан. Если направление колебаний в поляризованном свете составляет острый угол с направлением, пропускаемым турмалином, то колебания будут пропущены лишь частично.
Квантовые свойства света
Фотоэффект
Гипотеза Планка о квантах послужила основой для объяснения явления фотоэлектрического эффекта, открытого в 1887г. немецким физиком Генрихом Герцем.
Явление фотоэффекта обнаруживается при освещении цинковой пластины, соединенной со стержнем электрометра. Если пластине и стержню передан положительный заряд, то электрометр не разряжается при освещении пластины. При сообщении пластине отрицательного электрического заряда электрометр разряжается, как только на пластину попадает ультрафиолетовое излучение. Этот опыт доказывает, что с поверхности металлической пластины под действием света могут освобождаться отрицательные электрические заряды. Измерение заряда и массы частиц, вырываемых светом, показало, что эти частицы – электроны.
Фотоэффекты бывают нескольких видов: внешний и внутренний фотоэффект, вентильный фотоэффект и ряд других эффектов.
Внешним фотоэффектом называют явление вырывания электронов из вещества под действием падающего на него света.
Внутренним фотоэффектом называют появление свободных электронов и дырок в полупроводнике в результате разрыва связей между атомами за счет энергии света, падающего на полупроводник.
Вентильным фотоэффектом называют возникновение под действием света электродвижущей силы в системе, содержащей контакт двух различных полупроводников или полупроводника и металла.
Эффект Комптона
Наиболее полно корпускулярные свойства света проявляются в эффекте Комптона. Американский физик А. Комптон (1892 – 1962), исследуя в 1923 г. рассеяние монохроматического рентгеновского излучения веществами с лёгкими атомами (парафин, бор), обнаружил, что в составе рассеянного излучения наряду с излучением первоначальной длины волны наблюдается также более длинноволновое излучение.
Эффектом Комптона называется упругое рассеяние коротковолнового электромагнитного излучения (рентгеновского и гамма-излучений) на свободных (или слабосвязанных) электронах вещества, сопровождающееся увеличением длины волны. Этот эффект не укладывается в рамки волновой теории, согласно которой длина волны при рассеянии изменяться не должна: под действием периодического поля световой волны электрон колеблется с частотой поля и поэтому излучает рассеянные волны той же частоты.
Объяснение эффекта Комптона дано на основе квантовых представлений о природе света. Если считать, как это делает квантовая теория, что излучение имеет корпускулярную природу.
Эффект Комптона наблюдается не только на электронах, но и на других заряженных частицах, например протонах, однако из-за большой массы протона его отдача "просматривается" лишь при рассеянии фотонов очень высоких энергий.
Как эффект Комптона, так и фотоэффект на основе квантовых представлений обусловлены взаимодействием фотонов с электронами. В первом случае фотон рассеивается, во втором – поглощается. Рассеяние происходит при взаимодействии фотона со свободными электронами, а фотоэффект – со связанными электронами. Можно показать, что при столкновении фотона со свободными электронами не может произойти поглощения фотона, так как это находится в противоречии с законами сохранения импульса и энергии. Поэтому при взаимодействии фотонов со свободными электронами может наблюдаться только их рассеяние, т. е. эффект Комптона.
Выводы
Итак, свет корпускулярен в том смысле, что его энергия, импульс, масса и спин локализованы в фотонах, а не размыты в пространстве, но не в том, что фотон может находиться в данном точно определенном месте пространства. Свет ведет себя как волна в том смысле, что распространение и распределение фотонов в пространстве носят вероятный характер: вероятность того, что фотон находится в данной точке, определяется квадратом амплитуды в этой точке. Но вероятностный (волновой) характер распределения фотонов в пространстве не означает, что фотон в каждый момент времени находится в какой-то одной точке.
Таким образом, свет сочетает в себе непрерывность волн и дискретность частиц. Если учтем, что фотоны существуют только при движении (со скоростью с), то приходим к выводу, что свету одновременно присущи как волновые, так и корпускулярные свойства. Но в некоторых явлениях при определенных условиях основную роль играют или волновые, или корпускулярные свойства, и свет можно рассматривать или как волну, или как частицы (корпускулы).
Литература
Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. М.: Высшая школа, 2000.
Трофимова Т. И. Курс физики. М.: Высшая школа 2001.
Кухлинг Х. Справочник по физике. М.: Мир 1982.
Гурский И. П. Элементарная физика. М., 1984.
Тарасов Л. В., Тарасова А. Н. Беседы о преломлении света. М.,. Наука, 1982.