26 obserwujących
70 notek
141k odsłon
  2503   0

Prosty eksperyment pokazujący, że nasz świat jest absurdalny

Wiele osób skłonnych jest twierdzić, że einsteinowska teoria względności jest abstrakcyjna i absurdalna. Jednakże to dopiero mechanika kwantowa powoduje, że nawet najbardziej racjonalne osoby, gdy się z nią zetkną, zaczynają wątpić w sens i istnienie wszechświata jako takiego.

Mogłoby się wydawać, że trudno jest ot tak zademonstrować wszystkie te dziwadła mechaniki kwantowej, bez skomplikowanej aparatury i złożonej matematyki, a więc to czy mechanika kwantowa naprawdę działa, pozostaje dla zdecydowanej większości ludzkości po prostu kwestią wiary. Na szczęście jest kilka takich klasycznych, a mało powszechnie znanych eksperymentów, które można przeprowadzić niewielkim kosztem w domu, a które wywracają nasze postrzeganie świata do górny nogami. Chciałbym państwu zaprezentować właśnie jedno z takich doświadczeń.

Chodzi mianowicie o eksperyment z trzema filtrami polaryzacyjnymi. Filtry tego typu stosuje się np. w aparatach fotograficznych bądź też w okularach polaryzacyjnych i zakup trzech sztuk (jeśli dobrze poszukamy) powinien zamknąć się w cenie kilkuset złotych. Nieduża to cena w obliczu przewrócenia naszego postrzegania świata do góry nogami.

Jednak zanim przejdziemy do eksperymentu, potrzebujemy trochę teorii. Światło w ujęciu klasycznym jest falą elektromagnetyczną, a więc tak naprawdę propagującymi się zmianami natężenia pola elektrycznego i magnetycznego. Jedno pole do drugiego jest zawsze prostopadłe, dlatego do opisu fali można zapomnieć o jednej ze składowych i wyobrażać sobie światło jako po prostu falę natężenia pola elektrycznego.

image

Autor Lookang na licencji Creative Commons

Na obrazku składowa czerwona to właśnie pole elektryczne. Kąt, pod jakim ta składowa ustawiona jest w przestrzeni (tutaj pionowo), nazywa się polaryzacją fali. Normalne światło żarówki będzie tak naprawdę mieszaniną fal spolaryzowanych losowo we wszystkich kierunkach. Popatrzmy jeszcze na jakiś czerwony wektor pola elektrycznego niejako w przekroju poprzecznym fali:

image

Ponieważ równania Maxwella są liniowe, to losowo zorientowany w przestrzeni czerwony wektor pola elektrycznego, można rozdzielić na jego składowe - pionową (niebieską) i poziomą (zieloną). W ten sposób możemy zapomnieć chwilowo o wszelkiego rodzaju skośnych wektorach i traktować światło, jako zbiorowisko fal pionowych i poziomych (oczywiście orientację pionową/poziomą wybieramy dowolnie).

Czym jest filtr polaryzacyjny? Jest powierzchnią, która z założenia przepuszcza fale tylko o jednej konkretnej polaryzacji. Przykładowo tak zbudowany filtr:

image
Będzie tłumił fale poziome, a przepuszczał tylko pionowe. Te struny działają de facto jak anteny, w tym przypadku pozioma fala indukuje w nich ruch elektronów, przez co jest tłumiona. Fala pionowa w ogóle nie widzi poziomych strun i przechodzi niezmieniona. Wielkość tej siatki dobierana jest do długości fali, dlatego dla fal świetlnych odstępy są rzędu nanometrów. Ale już np. dla mikrofal będą one milimetrowe.

Co się stanie, gdy przepuścimy przez ten filtr czerwoną, skośną falę z poprzedniego obrazka? W efekcie na wyjściu dostaniemy po prostu falę niebieską, a więc pionową składową. Jeśli mamy do czynienia z zupełnie losowym rozkładem wejściowym, to na logikę na wyjściu za filtrem dostaniemy światło spolaryzowane pionowo o intensywności 50% wejściowego - po prostu poziome składowe znikną.

Jeśli na wyjściu umieścimy drugi filtr, ustawiony prostopadle do pierwszego, to wytłumi on z kolei składowe pionowe, a więc taki układ zatrzyma całe światło.

image

Jeśli przyjrzymy się kuchence mikrofalowej, to na jej drzwiczkach dostrzeżemy stalową siatkę. Ta siatka to właśnie nałożone na siebie dwa filtry polaryzacyjne, które całkowicie tłumią promieniowanie mikrofalowe i nie pozwalają mu wyjść na zewnątrz urządzenia.

Jeśli nałożymy na siebie dwa filtry i oświetlimy od spodu białym światłem, to powinniśmy zobaczyć mniej więcej taki widok:

image

Każdy z nich wytłumi połowę światła, a intensywność na przecięciu zależeć będzie od orientacji. Jeśli filtry ustawimy prostopadle, to wytłumione zostanie całe światło. Na razie wszystko wydaje się proste i logiczne. Teraz przechodzimy do clou programu.

POMIĘDZY oba filtry wkładamy jeszcze trzeci, zorientowany na jakiś pośredni kąt. Co zaobserwujemy na przecięciu trzech filtrów?

image

Jeśli rozumujemy klasycznie, to odpowiedź jest oczywista. Skoro już dwa filtry wytłumiają 100% światła, to dodanie trzeciego, czwartego czy piątego filtra pomiędzy te dwa, może tylko ew. wytłumić światło jeszcze bardziej, a więc środek musi pozostać czarny. A jednak jeśli przeprowadzimy taki eksperyment w rzeczywistości, to otrzymamy coś takiego:

image

Okazuje się, że trzeci filtr wstawiony pomiędzy dwa, DODAJE światło. Co więcej, im większą liczbę filtrów stawimy pomiędzy te dwa prostopadłe, tym jaśniejszy środek możemy uzyskać. To jest ten moment, gdy musimy się zastanowić nad realnością naszego fizycznego świata. Otrzymany efekt jest tak zaskakujący, że aż trudno w niego uwierzyć. W jaki sposób dodanie filtra, który przecież usuwa część światła z wiązki, może spowodować, że w efekcie więcej światła przejdzie przez nasz układ eksperymentalny?

Lubię to! Skomentuj30 Napisz notkę Zgłoś nadużycie

Więcej na ten temat

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie