Moim założeniem jest zbadanie efektu przechodzenia światła przez szczeliny, tak zwanej dyfrakcji i interferencji. Na poprzednim blogu opisałem jak udało mi się uzyskać ciekawy efekt pręgi i półksiężyca, puszczając wiązkę lasera pod małym kątem na powierzchnie płaskie i krawędzie.
http://przestrz.salon24.pl/665931,eksperymentalna-proba-weryfikacji-interferencji
Stwierdzam istnienie dwóch rodzajów powierzchni:
Chaotyczna - odbicie wiązki lasera pod małym kątem powoduje rozproszenie się plamki w kształt płomienia. Zmiana kierunku odbicia daje efekt żywego płomienia.
Ukierunkowana struktura rys - dająca efekt pręgi przy odbiciu prostopadłym i półksiężyca przy odbiciu równoległym.
Dowodem jest odbicie od fug kafelek w łazience które potwierdzają powstawanie pręgi dla fugi prostopadłej do wiązki i półksiężyca dla fugi równoległej.
Niestety nie udało mi się znaleźć podręcznikowego opisu tego zjawiska ale zapewne jest on w dziale optyki geometrycznej. Postaram się w najbliższym czasie uzupełnić swoje braki a puki co podam moją intuicyjną interpretacje.
Najpierw muszę zaznaczyć że istniejące schematy szczelin oparte na powierzchniach płaskich i krawędziach ostrych są bardzo dużym uproszczeniem a rzeczywiste szczeliny i rysy zbudowane są z mniej lub bardziej pofałdowanej powierzchni i zaokrąglonych krawędzi rys1.
Efekt pręgi zapewne bez trudu da się wyjaśnić na zasadach odbicia wiązki od krawędzi zaokrąglonej. Efektem ubocznym jest powstanie obrazu pręgi również przed szczeliną. Sprawdziłem jest on tam rys2, rys3. Na zdjęciu jest bardzo jasne odbicie plamki i rozchodzący się od niej obraz interferencyjny. Na fotografii bardzo słabo widoczny ale zdecydowanie ludzkie oko je widzi.
Następnym krokiem w moich obserwacjach było zakupienie blaszanych elementów (łączników, narożników, kątowników itp.) w celu zbudowania szczeliny na tyle szerokiej i długiej by była możliwość ingerencji w jej wnętrze. Niestety większość zakupionych elementów nie daje efektu pręgi. Są one robione na prasach przy wysokich temperaturach co ma wpływ na strukturę ich powierzchni. Z czasem sam spróbuje zrobić rysy a na razie zadowoliłem się elementami które jako jedyne spełniły kryteria. Są to dwa rygle których podstawa daje efekt pręgi. Podstawy połączyłem razem za pomocą śrub zachowując równą odległość za pomocą trzech nakładek na każdej śrubie rys4. Daje to szczelinę mierzoną metrem około 3mm. Podstawa ma 25x77mm. Niestety (lub stety jak się później okazało) rysy są wzdłuż długiej krawędzi czyli mam szczelinę 3mm i długą na 25 mm. Pierwotnie chciałem uzyskać coś przynajmniej trzy razy większego ale i tak wystarcza by wysunąć ciekawe wnioski.
Przepuściłem wiązkę lasera przez tak zbudowaną szczelinę. Trzeba zaznaczyć że rozmiar plamki jest mniejszy od szczeliny. Efekt pręgi który przypomina obraz dyfrakcyjny na jednej szczelinie uzyskuje bardzo łatwo. Wystarczy że delikatnie wiązka lasera padnie na jedną blaszek. Przy niewielkiej zmianie kąta padania znika obraz plamki a pręga zyskuje większą jasność rys5. Ja nie umiem wymienić różnic tej pręgi od obrazów dyfrakcyjnych jakie widziałem.
Następnie spróbowałem odbić powstałą pręgę od powierzchni ostrza noża rys6. Dla porównania puściłem równoległą wiązkę z ominięciem szczeliny. Pierwsze próby dały ciekawy efekt. Na obrazie wiązki która przeszła przez szczelinę a następnie odbiłem od noża pokazały się w niektórych miejscach prążki. Na prędze która powstała z ominięciem szczeliny efektu tego nie zaobserwowałem. Niestety nie miałem wtedy aparatu a w późniejszych próbach nie udało mi się tego efektu powtórzyć. Być może ma tu znaczenie odległość ekranu. Postaram się jeszcze upolować ten efekt.
Następnym moim pomysłem było przysłanianie wiązki między laserem a szczeliną. Zasłonięcie wiązki równolegle do szczeliny daje efekt równomiernego zaciemniania pręgi rys7. Zasłonięcie wiązki prostopadle do szczeliny daje efekt linii cienia równoległy do pręgi i w jej wnętrzu rys8. Identyczne efekty uzyskuje zasłaniając wiązkę lasera na kliszach ze szczelinami jakie posiadam.
Kolejnym pomysłem jest włożenie przeszkody wewnątrz szczeliny. Paski papieru około 4mm szerokie, zgięte na pół, skierowane krawędzią w stronę pręgi tak by kształt litery v wyłapywał jak najwięcej światła, wkładałem w szczelinę rys9. Udawało mi się w ten sposób zaciemnienia jednej z połówek pręgi. Fotografie robione z ręki nie pozwalają pokazać tego efektu więc musicie mi uwierzyć na słowo.
Idąc za ciosem wkładałem ostrza noża do szczeliny próbując symulować dwie szczeliny by uzyskać prążki ze zmiennym szczęściem. Czasami mi się udawało uzyskać coś jak prążki było to coś pośredniego rys10 czasami zwykła pręga.
Tak jak mówiłem rysy są ułożone wzdłuż długiej krawędzi żeby być rzetelnym próba przepuszczenia wiązki równolegle do rys. szczelina 3mm i długa 77mm rys11. Pierwsza próba dała obraz rozciągniętych prążków niestety późniejsze próby z aparatem w ręku już były mniej okazałe. Być może jest to kąt padania a być może odległość do ekranu. Próby które udokumentowałem dają bardzo ciasno upakowane prążki na granicy rozpoznawania przez oko, aparat tego nie wychwytuje. Jednak tak skonfigurowana szczelina przysłaniana przeszkodą wewnątrz szczeliny daje już efekt jakiego szukałem. Udaje mi się zaciemnić tylko fragmenty pręgi lub grupę pojedynczych prążków rys12. Pozwala to na pewne wyobrażenie jak światło odbija się wewnątrz szczeliny rys9.
Teraz opiszę moje doświadczenia które weryfikują obecną interferencje na podwójnej szczelinie jako nakładanie się superpozycji fal wzbudzonych na szczelinach. Zakładające że pojedyncza cząstka przechodząc przez podwójna szczelinę wzbudza dwie fale materii tuż za nią i w momencie spotkania się tych fal z ekranem dochodzi do materializacji cząstki w jednym punkcie z największym prawdopodobieństwem w superpozycjach (nakładaniu się maksimów fal) a najmniejszym prawdopodobieństwem w minimach nakładania się fal.
Przyznam że patrząc na interferencje fali mechanicznej na podwójnej szczelinie jej efekt jest bardzo podobny do efektu interferencji światła na podwójnej szczelinie. Ale czy fakt że Franek jest podobny do Zdziśka oznacza że Franek musi być Zdziśkiem?
Pierwszym i najważniejszym argumentem jest fakt że obraz interferencyjny powstaje punkt za punkt. Nie zaobserwowano żadnego podziału cząstek na szczelinie.
Drugim argumentem jest doświadczenie na trzech, czterech i więcej szczelinach. Rozrysowując układ superpozycji powinien on mieć inną strukturę rys13 niż na podwójnej szczelinie a w doświadczenia pokazują że obraz jest niezależny od ilości szczelin o ile jest ich więcej niż jedna.
Trzecim argumentem jest rzucanie klasycznego cienia przez przeszkody pomiędzy szczeliną a ekranem. Sprawdziłem to i opisałem na poprzednim blogu. Nie stwierdziłem żadnego obrazu w miejscach cienia.
Czwarty argument. Interferometr Michelsona Morleya ma powodować przesunięcie, rozmycie lub rozejście się prążków w zależności od sumy faz dwóch wiązek światła. Postanowiłem więc puścić jedną wiązkę na szczeliny i skrzyżować ją z drugą. Używałem tej samej długości fali jak i dwóch innych i nie udało mi się zaobserwować żadnych ruchów prążków. Żeby być rzetelnym dodałem przed podwójną szczeliną pojedyncza. Krzyżowałem wiązki zarówno na pierwszej jak i na drugiej kliszy. Użyłem też trzeciej kliszy tak że przed skrzyżowaniem wiązki na podwójnej szczelinie obydwie wiązki przechodziły przez odrębne szczeliny. Bez efektu przesunięcia prążków. Każda wiązka daje oddzielny obraz i nie zaobserwowałem by oddziaływały one w jakikolwiek sposób ze sobą. Są one dal siebie niewidzialne. Interferometr Michelsona Morleya nie ma możliwości wykrycia wiatru eteru.
Co ja widzę na obrazie interferencyjnym? Nie widzę żadnych przebarwień czyli obraz jest bardzo fajnie skwantowany. To znaczy składa się wyłącznie (tak przypuszczam) z fotonów o jednej długości fali. Jeżeli podzielimy obraz na małe pola to najciemniejszy będzie ten gdzie nie ma ani jednego fotonu. Jasność danego obszaru będzie zależna od natężenia czyli liczby fotonów. Nie istnieje natężenie ujemne więc nie można pocienić obrazu poprzez wysłanie anty fotonów.
Następnie rozpatrzmy co ma wpływ na odległość między maksimami. Jest to długość fali i odległość między szczelinami. Jeżeli tak jak piszesz wartości energii fali elektromagnetycznej się dodają to zwiększała by się jej energia co przy wzorze Ef=hu; h stała planka, u częstotliwość co przy stałej prędkości światła zmienia długość fali. Prążki się rozchodzą i powstają inne długości fali czyli inne kolory. Co się jednak stanie jeżeli każda z wiązek ma inne maksima i są one zależne od fazy. Zakładając że światło jest monochromatyczne Przy zgodności faz mamy obraz (1+sina/2)+((1+sin(a+b))/2) gdzie a jest fazą wiązki pierwszej, b różnica fazy wiązki drugiej jeżeli jest przesunięcie fazowe o 1/2 „pi” to mamy oraz ((1+sina+1+cosa)/2) Dlaczego 1 bo jak pisałem wcześniej natężenie nie może być ujemne.
Mam nadzieje że zwolennicy falowej natury nie zignorują tych eksperymentów, przyjmą wyzwanie i wysuną kontrargumenty. Liczę na was.
Inne tematy w dziale Technologie
