Bu gün biz işığın dalğa təbiətinin mahiyyətini və bu faktla bağlı "qütbləşmə dərəcəsi" fenomenini açacağıq.
Görmə və işıqlandırma qabiliyyəti
İşığın təbiəti və onunla əlaqəli görmə qabiliyyəti uzun müddətdir insan şüurunu narahat edirdi. Qədim yunanlar görmə qabiliyyətini izah etməyə çalışaraq fərz edirdilər: ya göz ətrafdakı cisimləri "hiss edən" və bununla da insana onların görünüşü və forması haqqında məlumat verən müəyyən "şüalar" yayır, ya da əşyaların özləri insanların tutduqları və hər şeyin necə olduğunu mühakimə etdikləri bir şey yayırlar. işləyir. Nəzəriyyələrin həqiqətdən uzaq olduğu ortaya çıxdı: canlılar əks olunan işıq sayəsində görürlər. Bu həqiqəti dərk etməkdən qütbləşmə dərəcəsinin nə olduğunu hesablaya bilmək üçün bir addım qaldı - işığın dalğa olduğunu başa düşmək.
İşıq dalğadır
İşığın daha ətraflı tədqiqi ilə məlum oldu ki, müdaxilə olmadıqda o, düz bir xətt üzrə yayılır və heç yerə dönmür. Şüa yoluna qeyri-şəffaf bir maneə çıxırsa, kölgələr əmələ gəlir və işığın özünün hara getməsi insanları maraqlandırmırdı. Lakin radiasiya şəffaf mühitlə toqquşan kimi heyrətamiz şeylər baş verdi: şüa istiqamətini dəyişdi.yayılmış və qaralmışdır. 1678-ci ildə H. Hüygens bunun tək bir faktla izah oluna biləcəyini irəli sürdü: işıq dalğadır. Alim Huygens prinsipini formalaşdırdı və sonralar Fresnel tərəfindən əlavə edildi. Bu gün insanların qütbləşmə dərəcəsini necə təyin edəcəyini bildikləri sayəsində.
Huygens-Fresnel prinsipi
Bu prinsipə əsasən, dalğa cəbhəsinin çatdığı mühitin istənilən nöqtəsi koherent şüalanmanın ikinci dərəcəli mənbəyidir və bu nöqtələrin bütün cəbhələrinin zərfi növbəti zaman anında dalğa cəbhəsi kimi çıxış edir. Beləliklə, işıq müdaxilə etmədən yayılırsa, hər növbəti anda dalğa cəbhəsi əvvəlki ilə eyni olacaqdır. Lakin şüa maneəyə rast gələn kimi başqa bir amil işə düşür: fərqli mühitlərdə işıq müxtəlif sürətlə yayılır. Beləliklə, ilk olaraq digər mühitə çatmağı bacaran foton, şüadan gələn sonuncu fotondan daha sürətli yayılacaq. Buna görə də dalğa cəbhəsi əyiləcək. Qütbləşmə dərəcəsinin hələ bununla heç bir əlaqəsi yoxdur, ancaq bu fenomeni tam başa düşmək lazımdır.
Proses vaxtı
Ayrıca demək lazımdır ki, bütün bu dəyişikliklər inanılmaz sürətlə baş verir. Vakuumda işığın sürəti saniyədə üç yüz min kilometrdir. İstənilən mühit işığı yavaşlatır, lakin çox deyil. Bir mühitdən digərinə (məsələn, havadan suya) keçərkən dalğa cəbhəsinin təhrif olunduğu vaxt olduqca qısadır. İnsan gözü bunu fərq edə bilməz və az sayda cihaz belə qısalığı düzəltməyə qadirdirproseslər. Beləliklə, fenomeni sırf nəzəri olaraq başa düşməyə dəyər. İndi radiasiyanın nə olduğunu tam bilən oxucu işığın qütbləşmə dərəcəsini necə tapacağını anlamaq istəyəcək? Onun gözləntilərini aldatmayaq.
İşığın qütbləşməsi
Yuxarıda işıq fotonlarının müxtəlif mühitlərdə fərqli sürətlərə malik olduğunu artıq qeyd etdik. İşıq eninə elektromaqnit dalğası olduğundan (mühitin kondensasiyası və seyrəkləşməsi deyil), onun iki əsas xüsusiyyəti var:
- dalğa vektoru;
- amplituda (həmçinin vektor kəmiyyəti).
Birinci xarakteristika işıq şüasının hara yönəldiyini və qütbləşmə vektorunun yarandığını, yəni elektrik sahəsinin gücü vektorunun hansı istiqamətə yönəldiyini göstərir. Bu, dalğa vektoru ətrafında fırlanmağa imkan verir. Günəşin yaydığı kimi təbii işığın qütbləşməsi yoxdur. Salınımlar bütün istiqamətlərdə bərabər ehtimalla paylanır, dalğa vektorunun ucunun salındığı seçilmiş istiqamət və ya nümunə yoxdur.
Polarizasiyalı işığın növləri
Qütbləşmə dərəcəsi üçün düsturun necə hesablanacağını öyrənməzdən və hesablamalar aparmazdan əvvəl qütbləşmiş işığın hansı növləri olduğunu başa düşməlisiniz.
- Eliptik qütbləşmə. Belə işığın dalğa vektorunun sonu ellipsi təsvir edir.
- Xətti polarizasiya. Bu, birinci variantın xüsusi halıdır. Adından da göründüyü kimi, şəkil bir istiqamətdir.
- Dairəvi qütbləşmə. Başqa bir şəkildə buna dairəvi də deyilir.
İstənilən təbii işıq iki qarşılıqlı perpendikulyar qütbləşmiş elementin cəmi kimi təqdim edilə bilər. İki perpendikulyar qütblü dalğanın qarşılıqlı təsir göstərmədiyini xatırlamaq lazımdır. Onların müdaxiləsi qeyri-mümkündür, çünki amplitudaların qarşılıqlı təsiri nöqteyi-nəzərindən onlar bir-biri üçün mövcud deyildir. Görüşdükləri zaman dəyişmədən keçib gedirlər.
Qismən qütbləşmiş işıq
Qütbləşmə effektinin tətbiqi böyükdür. Təbii işığı obyektə yönəltməklə və qismən qütbləşmiş işığı qəbul etməklə alimlər səthin xüsusiyyətlərini mühakimə edə bilərlər. Bəs siz qismən qütbləşmiş işığın qütbləşmə dərəcəsini necə təyin etmək olar?
N. A üçün bir düstur var. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), burada Itrans polarizatorun və ya əks etdirən səthin müstəvisinə perpendikulyar istiqamətdə işıq intensivliyidir və I par- paralel. P dəyəri 0-dan (hər hansı qütbləşmədən məhrum olan təbii işıq üçün) 1-ə qədər (müstəvi qütbləşmiş şüalanma üçün) dəyərlər qəbul edə bilər.
Təbii işığı qütbləşdirmək olar?
Sual ilk baxışda qəribədir. Axı, heç bir fərqli istiqaməti olmayan radiasiya adətən təbii adlanır. Bununla belə, Yer səthinin sakinləri üçün bu müəyyən mənada təxmini hesablamadır. Günəş müxtəlif uzunluqlu elektromaqnit dalğaları axını verir. Bu radiasiya qütbləşmir. Amma keçiratmosferin qalın təbəqəsi vasitəsilə radiasiya cüzi qütbləşmə əldə edir. Beləliklə, təbii işığın polarizasiya dərəcəsi ümumiyyətlə sıfır deyil. Amma dəyər o qədər kiçikdir ki, ona çox vaxt laqeyd yanaşılır. Bu, yalnız dəqiq astronomik hesablamalar zamanı nəzərə alınır, burada ən kiçik səhv ulduza illər və ya sistemimizə məsafə əlavə edə bilər.
İşıq niyə qütbləşir?
Yuxarıda tez-tez demişdik ki, fotonlar fərqli mühitlərdə fərqli davranırlar. Amma səbəbini açıqlamayıblar. Cavab söhbətin hansı mühitdən, başqa sözlə, hansı ümumi vəziyyətdə olmasından asılıdır.
- Mühit ciddi dövri quruluşa malik kristal cisimdir. Adətən belə bir maddənin quruluşu sabit toplar - ionları olan bir qəfəs kimi təmsil olunur. Amma ümumilikdə bu, tam dəqiq deyil. Belə bir yaxınlaşma çox vaxt əsaslandırılır, lakin kristal və elektromaqnit şüalanmasının qarşılıqlı təsiri halında deyil. Əslində, hər bir ion öz tarazlıq vəziyyəti ətrafında və təsadüfi deyil, hansı qonşularına, hansı məsafələrə və onların neçəsinə uyğun olaraq fırlanır. Bütün bu titrəmələr sərt bir mühit tərəfindən ciddi şəkildə proqramlaşdırıldığı üçün bu ion udulmuş bir fotonu yalnız ciddi şəkildə müəyyən edilmiş formada buraxmağa qadirdir. Bu fakt başqa bir şeyə səbəb olur: çıxan fotonun qütbləşməsinin necə olacağı onun kristala daxil olduğu istiqamətdən asılıdır. Bu xüsusiyyət anizotropiya adlanır.
- Çərşənbə - maye. Burada cavab daha mürəkkəbdir, çünki iki amil işləyir - molekulların mürəkkəbliyi vəsıxlığın dalğalanmaları (kondensasiya-nadir). Özlüyündə mürəkkəb uzun üzvi molekullar müəyyən bir quruluşa malikdir. Kükürd turşusunun ən sadə molekulları belə xaotik sferik laxta deyil, çox spesifik xaç formasıdır. Başqa bir şey, normal şəraitdə onların hamısı təsadüfi şəkildə düzülür. Lakin ikinci amil (dəyişmə) az miqdarda molekulların kiçik həcmdə müvəqqəti struktur kimi bir şey əmələ gətirdiyi şərait yaratmağa qadirdir. Bu halda ya bütün molekullar birgə istiqamətləndiriləcək, ya da bir-birinə nisbətən müəyyən bucaqlarda yerləşəcəklər. Bu zaman işıq mayenin belə bir hissəsindən keçərsə, qismən qütbləşmə əldə edəcəkdir. Bu, temperaturun mayenin qütbləşməsinə güclü təsir etdiyi qənaətinə gətirib çıxarır: temperatur nə qədər yüksək olarsa, turbulentlik bir o qədər ciddi olar və belə sahələr bir o qədər çox olacaqdır. Son nəticə özünütəşkiletmə nəzəriyyəsi sayəsində mövcuddur.
- Çərşənbə - qaz. Homojen bir qaz vəziyyətində, dalğalanmalar səbəbindən qütbləşmə baş verir. Buna görə Günəşin təbii işığı atmosferdən keçərək kiçik bir qütbləşmə əldə edir. Və buna görə də səmanın rəngi mavidir: sıxılmış elementlərin orta ölçüsü elədir ki, mavi və bənövşəyi elektromaqnit şüaları səpələnir. Ancaq qazların qarışığı ilə məşğul oluruqsa, qütbləşmə dərəcəsini hesablamaq daha çətindir. Bu problemlər çox vaxt sıx molekulyar qaz buludundan keçən ulduzun işığını öyrənən astronomlar tərəfindən həll edilir. Buna görə də uzaq qalaktikaları və çoxluqları öyrənmək çox çətin və maraqlıdır. Ammaastronomlar öhdəsindən gəlir və insanlara dərin kosmosun heyrətamiz fotolarını təqdim edirlər.
