Fale poprzeczne

Przez długi czas przodkowie optyki falowej T. Jung i O. Fresnel wiedzieli, że fale świetlne są podłużne, to znaczy, są jak fale dźwiękowe. W tym czasie fale świetlne były postrzegane jako fale elastyczne w eterze, które wypełniają całą przestrzeń i przenikają do każdego ciała. Wydawało się, że takich fal nie można nazwać poprzecznymi.

Ale wciąż gromadzono coraz więcej eksperymentalnych dowodów i faktów, których nie można było wyjaśnić, zakładając, że fale świetlne są falami podłużnymi. W końcu fale poprzeczne może istnieć tylko w bryłach. Ale jak ciało może poruszać się w bryle bez oporu? Eter nie musi spowalniać ruchu ciał. W przeciwnym razie prawo bezwładności nie zostanie spełnione.

Można rozważyć jeden prosty i użyteczny eksperyment z kryształem turmalinu. Jest przezroczysty i ma zielony kolor.

Kryształ turmalinu ma oś symetrii. Ten kryształ jest uważany za jednoosiowe kryształy. Weź prostokątny turmalin płytowy, wycięty tak, aby jedna z jego powierzchni była równoległa do osi samego kryształu. Jeśli wiązka światła elektrycznego lub światła słonecznego jest skierowana normalnie na tę płytkę, obrót płyty wokół niej nie spowoduje zmiany natężenia światła, które przez nią przechodzi. Istnieje wrażenie, że światło przechodzące przez turmalin zostało częściowo wchłonięte i uzyskało jasnozielony kolor. Nic więcej się nie dzieje. Ale to jest błędne. Fala światła nabiera nowych właściwości.

Można je wykryć, jeśli przepływa wiązka światłaprzez ten sam drugi kryształ turmalinu, który jest równoległy do ​​pierwszego. Z tym samym kierunkiem osi dwóch kryształów, nic ciekawego się nie dzieje, tylko wiązka światła jest coraz bardziej osłabiona przez absorpcję, przechodząc przez drugi kryształ. Ale przy obrocie drugiego kryształu, jeśli pierwszy pozostanie nieruchomy, pojawi się interesujące zjawisko zwane "lekkim tłumieniem". W procesie zwiększania kąta między dwiema zadanymi osiami zmniejsza się nasycenie transmitowanej wiązki. Kiedy te dwie osie są do siebie prostopadłe, światło nie może w ogóle przejść. Zostanie całkowicie wchłonięty przez drugi kryształ. Jak to wyjaśniono?

Poprzeczne fale świetlne

Z przedstawionych wcześniej faktów wynika, co następuje:

1. Po pierwsze, fala świetlna pochodząca ze źródła światła jest absolutnie symetryczna względem kierunku, przez który następuje propagacja. Kiedy ten kryształ obraca się wokół przechodzącej wiązki światła, intensywność pierwszego eksperymentu się nie zmienia.

2. Po drugie, fala wyłaniająca się z pierwszego kryształu nie będzie miała symetrii osiowej. Intensywność przepuszczanego światła przez inny kryształ zależy od jego obrotu.

Fale podłużne różnią się całkowitą symetriąw odniesieniu do kierunku propagacji. Oscylacje fal podłużnych występują wzdłuż tego kierunku, oscylacji i są osią symetrii fali. Dlatego wyjaśnienie doświadczenia z obrotem drugiego kryształu, biorąc pod uwagę falę świetlną podłużną, nie jest możliwe: są to fale poprzeczne.

Możesz w pełni wyjaśnić doświadczenie, przyjmując dwa założenia:

Założenie numer jeden dotyczybezpośrednio na światło: fale świetlne - fale poprzeczne. Ale w wiązce fal świetlnych padających ze źródła światła występują oscylacje różnych kierunków, które są prostopadłe do kierunku, w którym ta fala się rozprzestrzenia. W takim przypadku, biorąc pod uwagę takie założenie, możemy wywnioskować, że fala światła ma symetrię osiową, jednocześnie będąc poprzeczną. Na przykład fale na powierzchni wody nie mają takiej symetrii, ponieważ drgania cząsteczek wody występują wyłącznie w płaszczyźnie pionowej.

Fale światła z fluktuacjami w różnychkierunki prostopadłe do kierunków propagacji nazywa się naturalnymi. Ta nazwa jest uzasadniona, ponieważ w standardowych warunkach różne źródła światła tworzą właśnie takie fale. Założenie to wyjaśniono wynikami pierwszego eksperymentu. Obrót kryształu turmalinu nie zmienia nasycenia transmitowanej wiązki światła, ponieważ ta padająca fala ma symetrię osiową, nawet jeśli jest to fala poprzeczna.

Drugie założenie dotyczy samego kryształu. Turmalin ma zdolność przekazywania fal światła wraz z fluktuacjami, które występują na określonej płaszczyźnie. Światło to nosi nazwę spolaryzowane (lub spolaryzowane płaszczyznowo). Różni się od naturalnego, niespolaryzowanego.

To założenie wynika z drugiego doświadczenia. Płasko-spolaryzowane światło (fala) wyłania się z pierwszego kryształu turmalinu. Krzyżując się z kryształami pod kątem dziewięćdziesięciu stopni, fala nie może przejść przez drugą z nich. Jeżeli kąt krzyża jest inny, wówczas przechodzą oscylacje, których amplituda będzie równa rzucie amplitudy fali przechodzącej przez pierwszą płytkę w kierunku drugiej osi. Jest to dowodem teorii, że fale świetlne są falami poprzecznymi.