-=WHYCOLOR=-
		{Home} {Site map} {Links}

Дезинтеграция дезинформации :)

1. Зачем собирать глупости?

Зачем мне понадобилось разбирать чужие глупости и абсурдные утверждения? По замыслу, это должна быть занимательная страница. Кому-то может показаться неэтичным такая страница в отношении авторов глупостей. В общем, к авторам глупостей я отношусь «никак». Прежде всего, Интернет -- это текст, и за текстом автора я не вижу.

Во-вторых, это хорошая тренировка ума. Прежде всего, я проверяю вопросами, насколько глубоко автор верит в опубликованный им вздор и насколько рьяно защищает свое мнение. Случайная фраза или описка шансов попасть сюда не имеют. В третьих, глупости собраны с хорошо посещаемых мест в Интернете, где они прочитываются очень многими посетителями.

-1. О просветленной оптике

Вопрос, который я задал, признаюсь, был провокационным. Дело в том, что для задуманного мной хода беседы необходимо было отбросить некоторые домыслы, чтобы выйти к правильному пониманию. Таким домыслом является утверждение, что "просветление" оптики, заключающееся в покрытии поверхности стекла диэлектриком, толщиной, сравнимой с длиной волны, объясняется интерференцией. Я ошибся. Продвинуться дальше по ходу беседы уже не удалось -- я неправильно оценил силу фанатичности религиозных верований и недооценил зоркость модератора по сохранению нравственной чистоты участников обсуждения, который наложил вето на едва начавшуюся беседу.

-1.1 Зоны Френеля

Во всех учебниках физики и оптики есть прием рассмотрения, упрощающий проведение расчетов или пояснений. Картинная плоскость изображения (сцены) представляется набором светящихся точек и рассматривается одна единственная. При этом используют рисунок, в котором пучок света представлен единственным лучом.

Рассмотрим задачу.

Между точечным источником света A и экраном C находится непрозрачный экран B с маленьким круглым отверстием. Зависит ли освещенность в точке O от радиуса отверстия в экране B?

ДА, и опыт подтверждает это. Начиная с самого меньшего возможного отверстия, с увеличением радиуса освещенность в точке O сначала увеличивается, затем постепенно убывает до нуля, затем снова увеличивается и т.д., с постепенным затуханием амплитуды колебаний. Френель дополнил принцип Гюйгенса (каждая точка фронта световой волны сама является источником вторичных волн) постулатом об интерференции вторичных волн. Получился новый принцип. Опустим объяснение, его можно легко найти в учебниках. Суть в том, что Френель предложил разбивать волновой фронт на зоны, которые теперь называют зонами Френеля. Если мы используем в отверстии в котором укладывается N зон Френеля, пластинку, на которой в месте расположения всех четных зон нанесены непрозрачные концентрические кольца, то в точку O будут приходить колебания только от нечетных зон, приходящих в одной и той же фазе. Освещенность в точке O значительно возрастает, при том что половина отверстия закрыта непрозрачными кольцами. Подтверждает это опыт? ДА.

-1.2 Объяснение интерференции от двух точечных источников

Рассмотрим точку O, в которую приходят два когерентных колебания от источников A₁ и A₂. Длина пути до точки O равна : . Возрастет освещенность в точке O? ДА. Это подтверждается опытом.

Из рисунка видно, что колебания, приходящие в точку O, имеют одинаковую фазу. В предположении о линейности физического мира в физике введен всеобщий принцип: суперпозиция сил. Смещение того, что колеблется, от других лучей, будет усилено или ослаблено, в соответствии с этим принципом.

-1.3 Условия для возникновения интерференции.

Интерференция -- наблюдение, подтверждающее справедливость принципа суперпозиции. Принцип суперпозиции говорит о том, что все силы, действующие на нечто, складываются. Если колеблется маленький объем воды, то амплитуда его колебаний вдоль выбранной оси сложится из амплитуды всех колебаний воды и всех действующих сил по этой оси, пришедших в эту точку. Если колеблется математическое понятие "точка", то амплитуда колебания сложится из всех действующих на это математическое понятие колебаний-функций. В соответствии с современными воззрениями, свет -- электромагнитное колебание, распространяющееся без среды, в пустоте, следовательно, ничто материальное не колеблется, и следовательно далее, колеблется только воображаемая математическая "точка". Совокупность всех математических точек, которые могут принять участие в колебании, и соответственно, в распространении фронта этого колебания, есть математическое понятие "поле". Эти математические поля бывают разными: гравитационными, потенциальными, электромагнитными, отвлеченно силовыми, геометрическими и пр.

Мы принципиально не можем наблюдать изменение колебания математического объекта «электромагнитное поле» в одной точке, обусловленное волновой природой этого поля. Принцип для такой ненаблюдаемости состоит не в том, что мы не можем наблюдать воображаемый математический объект (это философский вопрос, мы же остаемся в рамках физики), но состоит в том, что построить прибор с тактовой частой, выше тактовой частоты в игре под названием "наша Вселенная" невозможно, -- мы ограничены скоростью света, т.е. интервалом времени 10E_^-15сек. Соответственно, мы не можем наблюдать столь быстрое изменение амплитуды поля в точке.

Интерференцию, как наблюдение, можно зафиксировать только при условии соответствия наших инструментов минимальной измеряемой величине. К примеру, наш глаз способен различать изменение освещенности, если интервал времени изменения не короче 1/10 сек. Поэтому всё, что мы можем наблюдать непосредственно, это биения двух близких по частоте и амплитуде колебаний, на интервале времени наблюдения которых частота каждого колебания достаточно стабильна, чтобы не вывести частоту биения за предел измерительного прибора (к примеру, глаза). Два колебания, имеющих одинаковую частоту и постоянный сдвиг фаз, принято называть когерентными.

Итак, для наблюдения интерференции, необходимы два условия: первое, принципиальное: линейный физический мир, следовательно, суперпозиция сил. Второе, непринципиальное: наличие двух и более когерентных колебаний, дающих биения с частотой, доступной для наблюдения. Должна быть соблюдена и когерентность пространственная, о ней ниже.

-1.4 Методика наблюдения интерференции.

В опыте Френеля, несмотря на кажущуюся простоту, получить результат можно, только заранее зная, где его искать. Описанный эффект обнаруживается, если:

• диаметр светящейся точки A и диаметр отверстия в непрозрачном экране B составляет не более 0.3мм,
• расстояния между источником A и экраном B, экраном B и экраном C составляют по несколько метров,
• изменение освещенности в точке O необходимо замерять на площади не более 0.05мм².

Опыт с натянутой струной. Два импульса противоположной полярности и равной амплитуды, движущихся навстречу друг другу по натянутой струне [1].

Одиночный импульс побежит навстречу импульсу противоположной полярности, затем, в соответствии с принципом суперпозиции, в области интерференции, они компенсируют друг друга, затем "пройдут друг через друга", и будут продолжать двигаться каждый в своем направлении. Если периодически возбуждать импульсы на концах струны, на струне возникнут стоячие волны.

Опыт Юнга [2]. Томас Юнг усомнился в корпускулярной теории Ньютона, поэтому он искал подтверждения того, что свет будет давать интерференционную картину, аналогичную картине волн на поверхности воды.

Из корпускулярной теории следовало, что на экране должно быть видно проекцию только двух щелей. Наверное, Юнг очень хотел увидеть эту картину. Ему пришлось в методике эксперимента точно следовать своей волновой теории. Невозможно увидеть интерференционную картину, просто поместив лампу накаливания за экраном с двумя щелями. Невозможно ее увидеть, даже если использовать монохроматор после лампы. Причина этого в том, что источник света для этого эксперимента в виде небольшой, длиной 2-3мм, нити накала, просто огромен, его нужно считать протяженным источником, каждая точка которого излучает. Следовательно, каждая точка даст свою интерференционную картину, которая окажется сдвинутой относительно других. На экране мы получим приблизительно равномерно освещенную площадку. Лучи, излучаемые таким протяженным источником, пространственно некогерентны. Единственное и необходимое условие оказалось точно таким, как в опыте Френеля. Расстояние между щелями выбрано в доли миллиметра, расстояние от щелей до экрана в несколько метров. Юнг поместил за источником света перед экраном с щелями несколько непрозрачных диафрагмирующих экранов с небольшими отверстиями, последнее отверстие с малым диаметром при этом представляло собой почти точечный источник света. Закрывание каждой из щели приводило к исчезновению интерференционной картины. Использование лазера сегодня упрощает схему опыта, потому что лазер излучает не только почти идеальный монохроматический свет (временная когерентность), но и потому, что лучи в пучке света почти идеально пространственно когерентны.

Волны на поверхности воды. Волны поверхности воды наблюдают в прозрачной кювете. Под кюветой располагают светящуюся поверхность, над кюветой -- полупрозрачный экран или фотопластинку. На рисунке справа показана схема и фотография картины интерференции от двух жестко связанных штифтов.

-1.5 Условия для возникновения и наблюдения интерференции в тонких пленках.

Условия будут те же самые: а) действующий всеобщий принцип физического мира -- суперпозиция сил (полей). б) наличие не менее двух источников. в) их временная и пространственная когерентность. Для наблюдения, условие г) регистрация картины плотности лучей.

Рассмотрим повнимательнее пункт (г).

Вернемся к эксперименту Френеля. Можно ли назвать точку картиной? В опыте получается твердо установленный экспериментальный факт: освещенность в точке O значительно возрастает после того, как половина площади отверстия закрыта непрозрачными кольцами. Возрастание освещенности означает возрастание энергии света, доставленного к этой точке. Перпетуум мобиле? Но одновременно уменьшается освещенность вокруг точки O, точка становится с контрастными краями, т.е. пластинка с зонами Френеля действует как собирательная линза (коллиматор). Основные физические принципы обойти не удалось: полная энергия светового потока, прошедшего сквозь отверстие, закрытого пластинкой, равна половине энергии, проходящей без этой пластинки. Всё остается на своих местах, в обычном фотоаппарате прикрытие отверстия диафрагмы тоже приводит к уменьшению освещенности у фотослоя при одновременном возрастании резкости изображения. Перпетуум мобиле не получился.

Из учебника в учебник кочует рисунок, подобный рассмотренному в пункте -1.2, до предела упрощающий объяснение интерференции. Под рисунком никогда не делается комментарий: уважаемый читатель, рассматривается единственная(!) точка и только два луча, и только для данной точки видно либо усиление, либо компенсация; рядом будут находится точки, ситуация в которых изменится на полностью противоположную. Из-за отсутствия подобного явного комментария, студентами и школьниками, не понимающими принципиальные свойства физического мира, и знающими лишь формулы и формулировку фраз из учебника, делается абсурдный вывод: два луча света могут взаимно компенсировать друг друга или взаимно усилить. После такого абсурдного вывода отрицательные источники света и перпетуум мобиле становятся реальностью.

В опыте Т.Юнга любая модификация приводит лишь к сдвигу интерференционной картины, полная световая энергия, прошедшая за экран, остается той же, независимо от того, какой фазовый сдвиг имеют волны от двух щелей, соблюдено ли условие временной когерентности, освещена ли щель точечным или протяженным источником. Принцип суперпозиции опровергнуть не удалось: всё, что прошло от двух щелей, независимо от нашей способности наблюдать или не наблюдать картину интерференции, является суммой их действия на точки картины.

Опыт с натянутой струной говорит о справедливости выполнения того же принципа: волны в противофазе не замечают друг друга, независимо от того, в фазе они встречаются или в противофазе. Волны на поверхности воды образуют линии полного затухания и линии двойной амплитуды, друг другу они совершенно не мешают и беспрепятственно достигают стенок кюветы.

-1.6 Цитаты, ... или против чего я возражаю.

На меня не оказывает никакого впечатления названия и авторитетность источников: БСЭ, учебники физики, монографии, Библия или Альмагест, если двухминутное размышление приводит к выводу об абсурдности утверждений.

Всё, что изложено в параграфе "1. О просветлении оптики", несомненно, мусор, потому как это разжеванная до тошноты и разложенная на подносе пища для ума, которая по своему назначению не выворачивается на изнанку, не предназначена для разглядывания, и потому неэстетична.

-1.7 Можно не читать.

Для чрезмерно любопытных я рассмотрю пошагово ход луча в тонкой пленке и покажу, что ссылка на интерференцию, как объяснение того, что происходит в тонкой пленке, приводит к абсурду.

шаг 1. Имеется светящаяся точка А, от нее распространяется луч света s(ource), падающий под углом к нормали N. Падающий луч, преломленный, отраженный и нормаль к поверхности лежат в одной плоскости. Угол падения и угол отражения равны. Фронт волны достиг границы раздела сред с показателями преломления n и n1 в точке А1. В этом шаге интерферировать нечему.

шаг 2.1 Луч света достиг точки А1, далее он разделяется на отраженный луч r(eflex) и пропущенный в среду n1 луч t(ransmit). Угол падения луча s равен углу отражения луча r. При вхождении в более плотную среду n1 угол пропущенного луча t к нормали N стал меньше. Интерферировать могут лучи s и r, но наблюдать картину интерференции принципиально не удастся. Луч r уносит ту часть энергии, которую потерял пропущенный луч t, независимо от того, интерферирует он на своем пути с другими лучами или нет.

шаг 2.2 Если длина волны луча для данного коэффициента n1 и толщины пленки такова, что отражения нет, это означает, что вся световая энергия сохранилась в пропущенном луче t. Утверждать обратное, будто бы отражения нет, по причине того, что лучи уже "взаимно погасили" друг друга, есть абсурд. Никакие распространяющиеся колебания не могут "погасить" друг друга, каждый из них продолжает распространяться так, как если бы других лучей не существовало. Количество света, доставленного к границе в точку А1, равно количеству света пропущенного в среду, и для лучей, которые якобы интерферируют, попросту нет ни капли лишней энергии. Интерференции нет.

шаг 3. Продолжим наблюдение за распостранением светового луча из шага 2.1. Точка А1 становится, в соответствии с принципом Гюйгенса, точечным источником. Допустим, для этого шага, луч, прошедший в среду n1 по непонятным причинам (сейчас это не важно) полностью отражается от второй границы, и условия для этого: толщина слоя находится в определенном соотношении с показателем преломления n1 и длиной волны света. Это условие выполняется только для монохроматического источника А. Но кто сказал, что светящаяся точка обязана быть монохроматической? Происходит или нет интерференция в слое n1 лучей t и r1, не имеет никакого значения, интерференция не мешает распространяться энергии этих лучей, энергия лучей не компенсируется и не взаимоуничтожается.

шаг 4. Из точки А2 луч может выйти за границу раздела. Именно этот луч -- самый интересный. Его энергия будет равняться энергии луча s за вычетом энергий лучей r и r1 (поглощением пренебрегаем). Конечно же, безотносительно того, наблюдаем мы интерференцию t и r1 или нет. Или наблюдатель вносит погрешности в эксперимент, получая информацию? Тени Кошек Шредингера? :-)

шаг 5. Далее лучи продолжают свой ход. Ну и что? Я думаю, нет смысла отслеживать все варианты: зависимость от угла падения луча s, условие полного пропускания и пр. Я только хочу спросить: Можем ли мы наблюдать интерференцию от лучей t2 и r в реальных условиях глазом? Что будет, если источник А не точечный? Что будет, если такой источник -- лампа накаливания + окно + люминесцентная трубка? Можете вы оценить расстояние между интерференционными узлами? Можно ли видеть картину интерференции синего и красного луча? А как далеко разойдутся на интерференционной картине цветные разводы, если источник А белого цвета? А с какого расстояния можно будет наблюдать такую картину?

Заданные вопросы в шаге 5, при тщательном их обдумывании, и учитывая, что мы пошагово рассмотрели мыльный пузырь, приведут вас к выводу, что под лампой накаливания никаких цветных разводов (шириной в десяток сантиметров на проволочной рамке) вследствие интерференции, наблюдать не удастся. С добрым утром.

поступило предложение обсудить эту статью здесь:

http://www.livejournal.com/users/azgar/7128.html

однако пока там только призывы осудить автора :) и естественно, осуждение. По сути вопроса там нет ни одной мысли.

-2. Дихроизм

-3. DPreview: матрица CCD и муар.

Я долго думал, как попроще объяснить столь очевидную вещь, как невозможность на фотографии цифровой камеры (после сканера) увидеть муар от матрицы. Начать математические пируэты? Но математика -- лишь наблюдение за физическим миром и экстраполяция. Значит, надо не доказывать, а вслед за Эвклидом, показывать.

Иллюстрация подготовлена в векторном редакторе простым совмещением двух одинаковых групп линий (двух решеток). Одна группа (решетка) наклонена на небольшой угол относительно другой. Возникает новый узор, отсутствующий в первоначальных -- широкие вертикальные линии. В принципе, это явление интерференции. Интересно поведение широких вертикальных полос. При незначительном сдвиге по вертикали решетки, интерференционные полосы сбегают намного быстрее.

На рисунке увеличенного фрагмента расстояние между вертикальными полосами находится из тригонометрических соображений как . Из эксперимента с решетками видно, что смещение на одну линию вверх вызывает смещение широких вертикальных полос на расстояние . Причем из формулы и графика видно, что при малых углах наклона расстояние стремится к бесконечности. При этом, математически, скорость перемещения интерференционных полос при относительном сдвиге решеток вверх-вниз может превысить скорость света :-)

......................... Нужно время, чтобы дописать ................................

-4.

Reference:

1. Jay Orear. Fundamental Physics, Cornel University, John Wiley-New York. 1967.

2. Light and Colors in Nature and Art. S.J.Williamson, H.Z.Cummins. John Wiley and Sons, Inc. 1983