Отправлено: 22.11.08 12:39. Заголовок: О природе света

У меня тут мозги что-то закипели. Нет, это не рецепт нового кулинарного шедевра. Это я вопрос хочу задать. Вы, Вадим, наверное, заметили, что я очень люблю сравнивать свет и звук. Хобби у меня такое. Так вот. Как то намедни на досуге (не буду раскрывать секрет, что досуг проходил в санузле) спросил я сам себя, глядя на мрачную физиономию в зеркале над раковиной, а почему собственно свет считают поперечной волной? Насколько я помню курс физики, для доказательства этого свет пропускали через пластинку турмалина и эта электромагнитная волна поляризовалась, то есть приобретала только одно поперечное направление колебания. Если же взять две пластинки турмалина, пропустить через них свет и добиться максимальной яркости, то, вращая одну пластинку вокруг их общей продольной оси, можно наблюдать, как яркость света убывает и при повороте на 90 градусов исчезает. Двойная поляризация света не идёт ему на пользу. Гибнет сия волна. Да и кому это понравится. Мне бы, например, очень не хотелось, чтобы меня дважды поляризовали. Один раз ещё можно стерпеть, а вот второй уже будет лишним. Объяснения учёных тут таково - одна пластинка турмалина пропускает лишь фотоны с однонаправленно ориентированными плоскостями колебания, а вторая и их бедолаг задерживает. Вроде всё тут ясно. Но то ли физиономия у меня к раздумьям располагает, то ли сама эта комнатка, но подумалось мне – не может ли такое же происходить и со звуковой волной? И вот какой казус из моей головы попёр.
Представим себе достаточно большой лист из звукопоглощающего материала, например, толстого картона. Если звук на него направить, то за этим листом звук слышен не будет. Проделаем в листе картона прорези. Прорези таковы, что их длина намного больше ширины. Количество прорезей достаточно велико и ширина прорези приблизительно равна ширине картона между прорезями. Теперь, если направить на данный лист с прорезями звук, то за ним уже вполне сносно можно услышать этот звук и довольно отчётливо. Конечно, он немного ослабнет, но ведь и пластинка турмалина немного ослабляет яркость света. И вот я задаю себе вопрос – можно ли звук, который мы слышим за листом с прорезями, считать поляризованным? Ведь если взять два листа с прорезями, то, вращая их относительно общей продольной оси, можно добиться того, что звук исчезнет. Если оба эксперимента аналогичны, то можно ли свет считать продольноколеблющейся волной, а пластинки турмалина – листами с прорезями для света?
Вы, Вадим, не помните ли каких-нибудь других доказательств того, что свет есть поперечноколеблющаяся волна? Не могли же учёные не предложить именно такое же объяснение опытов с турмалиновыми пластина, какое предложил я? Уж простите моё невежество. Но очень уж мне не нравится эта поперечная колебательность фотонов, а в невнимательность и нетщательность учёных я не верю. Вот и закипает мой мозг. В элементарном учебнике физике, который у меня дома, об этом очень мало. Что делать? Пойти в библиотеку или лучше сразу к психиатру?

 Отправлено: 24.11.08 22:46. Заголовок: Уважаемый Мунир, я б..

Уважаемый Мунир, я бы с удовольствием удовлетворил Ваше любопытство, вот только оптику я изучал лет эдак 17 назад и уже большую часть ее успел забыть, а время у меня сейчас не лучшее для воспоминаний. Поэтому, напишу о том, что помню. Вывод о том, что свет волна поперечная основан, конечно, не на одном эксперименте. Из тех, что помню – это двойное лучепреломление в кристаллах. Вот только как все это связано именно с поперечностью волны – увы….провал в памяти (что то смутно выплывает про разный коэффициент преломления для волн разной ориентации)

Но несмотря на слабую память, поперечность световой волны у меня не вызывает сомнений. Дело в том, что свет – это электромагнитная волна. А существование электромагнитных волн предсказал Максвелл, еще до их обнаружения, предсказал он их в качестве решения своих уравнений электромагнитного поля. Так вот из уравнений Максвелла следует, что волна эта именно поперечная. Сами волны только потом обнаружили, и только потом поняли, что свет это тоже электромагнитная волна, кстати, одним из аргументов за это было то, что свет из опыта уже считался поперечной волной, а Максвелл предсказывал именно поперечные волны.

А вот со звуком я, увы, ничего не понял. Мне такое явление не знакомо. С чего бы это поворот картонок вызывал полное затухание звука? На мой взгляд, вторая пластина просто уменьшит интенсивность звуковой волны также как и первая, за счет поглощения части фронта волны. И как не верти, результат будет примерно одним и тем же. Я понимаю если все картонки расположить прорезями вертикально приблизить друг к другу или вплотную или очень близко, и затем смещать как бы скользя относительно друг друга. Когда щели в обеих картонках будут строго напротив друг друга – звук будет максимальный, а когда полоска между щелями на одной картонке частично перекроет щель в другой картонке - звук уменьшится, а когда щели перекроются вовсе – звук исчезнет. Но этот эффект будет заметен только на очень малых расстояниях между картонками, если картонки удалить друг от друга на приличное расстояние, то эффекта от смещения вообще никакого не будет. Так что ничего общего с поляризацией света тут я не вижу….

 Отправлено: 25.11.08 19:16. Заголовок: Вы меня, конечно. успокоили...

Уважаемый Вадим! Зря, наверное, я Вас этой ерундой беспокою. Но не нравиться мне эта поперечно-полосатость. Кажется, что она, как зебра, пытается скрыться от моего зрения в густых зарослях. А может эти фобии гаишники во мне воспитали своей полосатой палочкой.
Скорее всего, надо просто принять за данность то, что свет, как электромагнитная волна, имеет поперечные колебания. И как все остальные нормальные люди изучать далее.
Но тут ведь какая подоплёка моей глупости имеется. Вот Вы пишете, что Максвелл, решая свои уравнения, предсказал существование электромагнитных волн. То есть он задействовал математику. А мало ли, что там математики предсказывают. Они такими делами балуются, что не приведи, Господи. Эн-мерные Миры какие-то создают, в топологии различные играются. Тут ведь вот в чём вопрос-то – а стоИт ли за формулами Максвелла некая реальность? Как умно любит выражаться Хоцей, имеются ли за символами некие реальные денотаты? Не сомневаюсь, что за знаками и буквами в этих формулах стоят некие реальные объекты и их связи, отношения и т.д. И вывод Максвелла о существовании электромагнитных волн с данными свойствами, а позже и подтверждение этого на практике, говорит о том, что он оперировал не просто формулами, а обнаруживал за ними эти самые пресловутые денотаты (пусть даже в таком их сокращённо-символическом виде и может даже неосознанно). Вот мне и хочется понять - что за всем этим стоит? Я уже опустился до закона Кулона и размышляю, а не бросить ли все это к ядрёной Фене? (Или попроситься к ней в гости, прижаться к пышной груди …)
Возмущение эфира или что-то иное (помните, мы об этом в своё время рассуждали?) всё же не даёт мне покою. Я и с лаской к ней, и с угрозой – всё никак. Световая волна ведь - это такая хитрая штука, что она и электрическая, и магнитная одновременно, к тому же ещё и квантуется, не иначе как следы заметает. У нас в обыденной жизни есть только два вида ОБРАЗА волны: продольная волна в некоей среде, по типу звуковой волны, и поперечная волна на границе раздела двух сред. ОБРАЗ света не подходит ни под тот, ни под другой вид. Это нечто третье – поперечная волна (причём не ясно в среде (эфире) или сама по себе) с перпендикулярными составляющими электрической и магнитной (чего?) неких «напряжённости поля» и «индукции». Что такое «напряжённость поля»? Каков его денотат? Или ещё вопрос. Порцию света – квант - ещё можно представить (а нужно ли вообще представлять?), а вот как представить ФРОНТ такой поперечно колеблющейся волны, то есть перпендикулярного движению? Его даже в проекции на бумагу нарисовать невозможно. Всё какие-то синусоиды получаются. Где здесь фронт? Или, если представить себе свет, как совокупность точек среды, в которых нарастают и убывают (во времени, конечно) некие характеристики среды, то - что такое поляризация? Почему изменение характеристик (причём двух взаимосвязанных) такое странное - пространственно ориентированное? Невозможно себе это представить. Именно эта безОбразность и мешает мне считать, что я понимаю, что такое свет. Понимание есть сведение непривычного к привычному. Получается, что надо либо просто привыкнуть к безОбразности света, либо мучиться до конца дней своих.
Со звуком я, кажется, в данном вопросе разобрался. Фронт есть «уплотнение» молекул воздуха. Он сферичен. Не только потому, что распространяется во все стороны, но и потому, что если мы создадим узконаправленный пучок звука, его фронт всё равно будет «размываться», расширяться. Это происходит потому, что у молекул воздуха есть своя собственная скорость движения. Они, двигаясь куда попало, передают дополнительный волновой импульс во вне границ узкого пучка. Потому и, проходя через щели в картоне, фронт волны опять становиться сферическим и заполняет всё пространство, то есть не поляризуется. А если бы молекулы воздуха не двигались? Представим себе неподвижные шарики, прикреплённые на месте гибко, то есть с некоторой степенью свободы. Волна, то есть импульс в направлении движения волны, будет, а движения частиц в сторону нет. Тогда после первой пластинки с прорезями такая волна, вроде бы, «поляризуется», из прорези выйдут узкие пучки волны, но при этом достаточно будет сдвинуть вторую пластинку с прорезями, а не поворачивать её, и в результате на выходе волны уже не будет. То есть тут происходит не задержка волн определённой направленности колебания, а просто задержка части волн. Это не совсем то, что надо. Начнём придумывать далее. Пусть молекулы двигаются только в одной плоскости. Такие слаженные солдаты, которые по команде делают шаг влево и вправо. В этом случае, движение каждой частицы при возбуждении волны будет идти по окружности (или ромбу): влево-вперёд, вправо-вперёд, вправо-назад, влево-назад. В этом случае, уже можно предположить, что поляризация волны произойдёт. Если прорези таковы, что не пропустят волну, у которой частицы двигаются влево-вправо (слишком узко, частицы ударятся о лист и отскочат назад), то за прорезями и волны не будет. А пропустят эти прорези лишь такие волны, в которых частицы колеблются не влево-вправо, а вверх-вниз (вперёд-назад – это движение самой волны) в плоскости самих прорезей. Теперь, если волна состоит из порций волн, частицы которых двигаются в разных плоскостях, то на выходе из прорези появится только волна с одним определённо ориентированным движением частиц. Например, среда такова, что частицы колеблются сначала (по команде «раз») влево-вправо, потом (по команде «два») - вверх-вниз, потом опять влево-вправо и так далее. Волна возникает тогда, когда на каждый такт колебания частицу вынуждают податься вперёд, она ударяет впереди стоящую, возвращается назад и т.д. Волна уходит вперёд, и каждая порция имеет свою плоскость колебания (влево-вправо, вверх-назад). Прорезь пропустит только один вид колебания. Это и есть поляризация.
Но что это нам даёт? Воздух не состоит из таких ориентированно колеблющихся частиц. И я даже не слышал о возможности существования таких хитрых материалов.
Да и помогают ли эти мои высосанные из пальца эксперименты понять ОБРАЗ света?
Пока не знаю.
Но впрочем, это уже мои личные проблемы.
Особого внимания не обращайте – это лишь ворчание по поводу. Старею, наверное.
С благодарностью, Мунир Галиев.

 Отправлено: 18.03.09 17:12. Заголовок: Из прорези не выйдут..

Из прорези не выйдут узкие пучки волны. Они сразу будут расширяющимися. сферическими. Прочитайте про принцип Гюйгенса. Согласно ему, КАЖДАЯ точка волнового фронта переизлучает волны во все стороны сразу. И толко интерференция этих волн создает и поддерживает этот самый фронт.

 Отправлено: 19.03.09 12:40. Заголовок: Цитата: Вы, Вадим, н..

Цитата:
Вы, Вадим, не помните ли каких-нибудь других доказательств

Ответ следовало бы искать в разной природе колебаний, а именно:
Звуковая волна - механическое колебание материальной среды и в ваккууме не распространяется;
Световая волна - электромагнитная волна с весьма неоднозначной природой происхождения. Аналогия со звуком уместна если ваккуум принять за эфирную среду, но и здесь для физики непроходимое болото.

 Отправлено: 19.03.09 12:48. Заголовок: Цитата: Из прорези н..

Цитата:
Из прорези не выйдут узкие пучки волны

если размер щели сопоставим с размером длины волны. Если же размер щели значительно (на порядок) больше размера длины волны, тогда произойдет пространственное отсечение волны, но не будет поляризации, т.к. поляризация - явление фазовое и происходит в пределах одного периода волны (в общих чертах).