Sot do të zbulojmë thelbin e natyrës valore të dritës dhe fenomenin "shkalla e polarizimit" lidhur me këtë fakt.
Aftësia për të parë dhe dritë
Natyra e dritës dhe aftësia për të parë e lidhur me të ka shqetësuar mendjet njerëzore për një kohë të gjatë. Grekët e lashtë, duke u përpjekur të shpjegojnë vizionin, supozonin: ose syri lëshon "rreze" të caktuara që "ndiejnë" objektet përreth dhe në këtë mënyrë informojnë personin për pamjen dhe formën e tyre, ose vetë gjërat lëshojnë diçka që njerëzit kapin dhe gjykojnë se si gjithçka. punon. Teoritë rezultuan të ishin larg së vërtetës: qeniet e gjalla shohin falë dritës së reflektuar. Nga realizimi i këtij fakti deri te aftësia për të llogaritur se cila është shkalla e polarizimit, mbeti një hap - për të kuptuar se drita është një valë.
Drita është një valë
Me një studim më të detajuar të dritës, rezultoi se në mungesë të ndërhyrjes, ajo përhapet në vijë të drejtë dhe nuk kthehet askund. Nëse një pengesë e errët kalon në rrugën e rrezes, atëherë formohen hije, dhe ku shkon vetë drita, njerëzit nuk ishin të interesuar. Por, sapo rrezatimi u përplas me një medium transparent, ndodhën gjëra të mahnitshme: rrezja ndryshoi drejtiminpërhapur dhe zbehur. Në 1678, H. Huygens sugjeroi se kjo mund të shpjegohet me një fakt të vetëm: drita është një valë. Shkencëtari formoi parimin e Huygens, i cili më vonë u plotësua nga Fresnel. Falë asaj që njerëzit sot dinë të përcaktojnë shkallën e polarizimit.
Parimi Huygens-Fresnel
Sipas këtij parimi, çdo pikë e mediumit të arritur nga fronti i valës është një burim dytësor i rrezatimit koherent dhe mbështjellja e të gjitha fronteve të këtyre pikave vepron si fronti i valës në momentin tjetër të kohës. Kështu, nëse drita përhapet pa ndërhyrje, në çdo moment vijues fronti i valës do të jetë i njëjtë me atë të mëparshëm. Por sapo rrezja takon një pengesë, një faktor tjetër hyn në lojë: në media të ndryshme, drita përhapet me shpejtësi të ndryshme. Kështu, fotoni që arriti të arrijë i pari mjedisin tjetër do të përhapet në të më shpejt se fotoni i fundit nga rrezja. Prandaj, pjesa e përparme e valës do të anohet. Shkalla e polarizimit nuk ka të bëjë ende me të, por thjesht është e nevojshme të kuptohet plotësisht ky fenomen.
Koha e procesit
Duhet thënë veçmas se të gjitha këto ndryshime po ndodhin jashtëzakonisht shpejt. Shpejtësia e dritës në vakum është treqind mijë kilometra në sekondë. Çdo medium ngadalëson dritën, por jo shumë. Koha gjatë së cilës pjesa e përparme e valës shtrembërohet kur lëviz nga një medium në tjetrin (për shembull, nga ajri në ujë) është jashtëzakonisht i shkurtër. Syri i njeriut nuk mund ta vërejë këtë, dhe pak pajisje janë në gjendje të fiksojnë një shkurtim kaq të shkurtërproceset. Pra, ia vlen të kuptohet fenomeni thjesht teorikisht. Tani, plotësisht i vetëdijshëm se çfarë është rrezatimi, lexuesi do të dëshirojë të kuptojë se si të gjejë shkallën e polarizimit të dritës? Le të mos i mashtrojmë pritshmëritë e tij.
Polarizimi i dritës
Ne kemi përmendur tashmë më lart se fotonet e dritës kanë shpejtësi të ndryshme në media të ndryshme. Meqenëse drita është një valë elektromagnetike tërthore (nuk është një kondensim dhe rrallim i mediumit), ajo ka dy karakteristika kryesore:
- vektor i valës;
- amplitudë (gjithashtu një sasi vektoriale).
Karakteristika e parë tregon se ku drejtohet rrezja e dritës dhe lind vektori i polarizimit, domethënë në cilin drejtim drejtohet vektori i forcës së fushës elektrike. Kjo bën të mundur rrotullimin rreth vektorit të valës. Drita natyrore, si ajo e emetuar nga dielli, nuk ka polarizim. Lëkundjet shpërndahen në të gjitha drejtimet me probabilitet të barabartë, nuk ka drejtim apo model të zgjedhur përgjatë të cilit lëkundet fundi i vektorit të valës.
Llojet e dritës së polarizuar
Para se të mësoni se si të llogaritni formulën për shkallën e polarizimit dhe të bëni llogaritjet, duhet të kuptoni se cilat janë llojet e dritës së polarizuar.
- Polarizimi eliptik. Fundi i vektorit të valës së një drite të tillë përshkruan një elips.
- Polarizimi linear. Ky është një rast i veçantë i opsionit të parë. Siç nënkupton edhe emri, fotografia është një drejtim.
- Polarizimi rrethor. Në një mënyrë tjetër, quhet edhe rrethore.
Çdo dritë natyrale mund të përfaqësohet si shuma e dy elementëve të polarizuar pingul reciprokisht. Vlen të kujtohet se dy valë të polarizuara pingul nuk ndërveprojnë. Ndërhyrja e tyre është e pamundur, pasi nga pikëpamja e ndërveprimit të amplitudave, ato duket se nuk ekzistojnë për njëra-tjetrën. Kur takohen, ata thjesht kalojnë pa ndryshuar.
Drita pjesërisht e polarizuar
Zbatimi i efektit të polarizimit është i madh. Duke drejtuar dritën natyrore në një objekt dhe duke marrë dritë pjesërisht të polarizuar, shkencëtarët mund të gjykojnë vetitë e sipërfaqes. Por si e përcaktoni shkallën e polarizimit të dritës pjesërisht të polarizuar?
Ekziston një formulë për N. A. Umov:
P=(Ilan-Ipar)/(Ilan+I par), ku Itrans është intensiteti i dritës në drejtim pingul me rrafshin e polarizuesit ose sipërfaqes reflektuese, dhe I par- paralele. Vlera P mund të marrë vlera nga 0 (për dritën natyrale pa asnjë polarizim) në 1 (për rrezatim të polarizuar në plan).
A mund të polarizohet drita natyrale?
Pyetja është e çuditshme në shikim të parë. Në fund të fundit, rrezatimi në të cilin nuk ka drejtime të dallueshme zakonisht quhet natyror. Sidoqoftë, për banorët e sipërfaqes së Tokës, kjo është në një farë kuptimi një përafrim. Dielli jep një rrymë valësh elektromagnetike me gjatësi të ndryshme. Ky rrezatim nuk është i polarizuar. Por duke kaluarpërmes një shtrese të trashë të atmosferës, rrezatimi fiton një polarizim të lehtë. Pra, shkalla e polarizimit të dritës natyrore në përgjithësi nuk është zero. Por vlera është aq e vogël sa shpesh neglizhohet. Ajo merret parasysh vetëm në rastin e llogaritjeve të sakta astronomike, ku gabimi më i vogël mund t'i shtojë vite yllit ose distancën me sistemin tonë.
Pse polarizohet drita?
Ne kemi thënë shpesh më lart se fotonet sillen ndryshe në media të ndryshme. Por ata nuk përmendën pse. Përgjigja varet nga çfarë lloj mjedisi po flasim, me fjalë të tjera, në çfarë gjendje agregate është.
- Mediumi është një trup kristalor me një strukturë strikte periodike. Zakonisht struktura e një substance të tillë përfaqësohet si një grilë me topa - jone të fiksuar. Por në përgjithësi, kjo nuk është plotësisht e saktë. Një përafrim i tillë shpesh justifikohet, por jo në rastin e bashkëveprimit të një kristali dhe rrezatimit elektromagnetik. Në fakt, çdo jon lëkundet rreth pozicionit të tij të ekuilibrit, dhe jo rastësisht, por në përputhje me çfarë fqinjësh ka, në çfarë distancash dhe sa prej tyre. Meqenëse të gjitha këto dridhje janë të programuara rreptësisht nga një medium i ngurtë, ky jon është i aftë të emetojë një foton të zhytur vetëm në një formë të përcaktuar rreptësisht. Ky fakt krijon një tjetër: cili do të jetë polarizimi i fotonit në dalje varet nga drejtimi në të cilin ai hyri në kristal. Kjo quhet anizotropi e vetive.
- E mërkurë - e lëngshme. Këtu përgjigja është më e ndërlikuar, pasi dy faktorë janë në punë - kompleksiteti i molekulave dheluhatjet (kondensimi-rrallimi) i dendësisë. Në vetvete, molekulat organike komplekse të gjata kanë një strukturë të caktuar. Edhe molekulat më të thjeshta të acidit sulfurik nuk janë një mpiksje sferike kaotike, por një formë kryqëzore shumë specifike. Një tjetër gjë është se në kushte normale ato janë të rregulluara të gjitha rastësisht. Sidoqoftë, faktori i dytë (luhatja) është në gjendje të krijojë kushte në të cilat një numër i vogël molekulash formojnë në një vëllim të vogël diçka si një strukturë e përkohshme. Në këtë rast, ose të gjitha molekulat do të drejtohen së bashku, ose ato do të vendosen në lidhje me njëra-tjetrën në disa kënde specifike. Nëse drita në këtë kohë kalon nëpër një seksion të tillë të lëngut, ajo do të fitojë polarizim të pjesshëm. Kjo çon në përfundimin se temperatura ndikon fuqishëm në polarizimin e lëngut: sa më e lartë të jetë temperatura, aq më serioze janë turbulencat dhe aq më shumë zona të tilla do të formohen. Përfundimi i fundit ekziston falë teorisë së vetëorganizimit.
- e mërkurë - gaz. Në rastin e një gazi homogjen, polarizimi ndodh për shkak të luhatjeve. Kjo është arsyeja pse drita natyrore e Diellit, duke kaluar nëpër atmosferë, fiton një polarizim të vogël. Dhe kjo është arsyeja pse ngjyra e qiellit është blu: madhësia mesatare e elementeve të ngjeshur është e tillë që rrezatimi elektromagnetik blu dhe vjollcë shpërndahet. Por nëse kemi të bëjmë me një përzierje gazesh, atëherë është shumë më e vështirë të llogaritet shkalla e polarizimit. Këto probleme shpesh zgjidhen nga astronomët që studiojnë dritën e një ylli që ka kaluar nëpër një re të dendur molekulare gazi. Prandaj, është kaq e vështirë dhe interesante të studiohen galaktikat dhe grupimet e largëta. Porastronomët po përballen dhe po u japin njerëzve fotografi të mahnitshme të hapësirës së thellë.
