W naturze jest wiele rzeczy, przyjacielu Horatio,
O czym nasi mędrcy nigdy nie śnili.
Szekspir. Hamlet (po przeczytaniu tego artykułu).
Czy tytuł artykułu jest godny szaleńca? Dobrze. Ale faktem jest, że wyniki eksperymentu są również warte fantazji szaleńca. A tytuł jest dość zgodny z treścią artykułu. Dodatkowo eksperymenty wykonano w sylwestra, czyli prawie tak samo jak w Wigilię Bożego Narodzenia. Tak więc, jeśli zacząłeś czytać artykuł stojąc, lepiej usiąść, a jeśli siedzisz, mocno trzymaj się krzesła. Wyniki będą oszałamiające. Prawdopodobnie im nie uwierzysz. Dobrze. Musisz je tylko sprawdzić. Testowanie jest zawsze łatwiejsze niż przeprowadzanie eksperymentu po raz pierwszy.
Droga wiązki lasera w pryzmacie
Wszystko zaczęło się mniej więcej zwykle. Autor artykułu przepuścił wiązkę lasera przez pryzmat …
Wszyscy wiemy, że ślad wiązki światła w powietrzu jest niewidoczny. Jeśli nie widzimy źródła światła i / lub oświetlanego przez nie przedmiotu, to dopiero tańcząc w powietrzu świecące cząsteczki pyłu lub cząsteczki mgły możemy wykryć obecność przechodzącego promienia światła. Zupełnie inaczej sprawa wygląda w przypadku szkła. Wyraźnie widoczny jest ślad promienia lasera przechodzącego przez całkowicie przezroczysty szklany pryzmat (zdjęcie 1). Ponadto można zobaczyć nie tylko „trajektorię” (odcinek linii prostej) promienia, ale także jego odbicie w ścianach pryzmatu.
Film promocyjny:
Zdjęcie 1. Górna gruba kreska wewnątrz pryzmatu - jest to świetlny ślad promienia lasera przechodzącego przez końce pryzmatu. Niższe - jest to odbicie tego śladu w dolnej części twarzy. Widać, że końce pryzmatu świecą dość jasno.
O co tu chodzi? Przecież w szkle nie ma cząsteczek kurzu ani cząsteczek mgły?
Cząsteczki mgły (cząsteczki wody) o odpowiedniej wielkości i stężeniu w powietrzu dobrze odbijają światło. Dlatego widzimy mgłę i chmury. Ale w nocy z reguły nie widzimy ani mgły, ani chmur. Najwyraźniej chodzi nie tylko o wielkość cząstek wody i ich stężenie, ale także o sile światła. Dlatego nie widzimy zwykłych promieni światła przechodzących przez pryzmat wewnątrz pryzmatu. Widzimy promienie laserowe i tak dobrze, że za trajektorią wiązki światła nie widzimy nic, nie prześwituje.
W najgęstszej mgle nadal możemy zobaczyć własną dłoń, jeśli jest dostatecznie blisko naszych oczu. Trajektoria wiązki laserowej (tl) wewnątrz pryzmatu ma grubość około 1 milimetra. Ale ta grubość jest już wystarczająca, aby nic nie zobaczyć za tym promieniem. Patrząc na TLL trudno sobie wyobrazić, że promień lasera przebijając się przez taką „mgłę” może przejść przez szybę na wiele centymetrów, a nawet metrów.
Dlaczego widzimy tll? Najwyraźniej z tego powodu, że niektóre składniki cząstek szkła, jak cząsteczki mgły, odbijają część światła lasera. Cząsteczki te są zlokalizowane bardzo gęsto, ale z drugiej strony nie zauważamy osłabienia wiązki lasera w wyniku tego procesu.
Można by spróbować zmierzyć moc światła emitowanego przez odcinek tll, aby przewidzieć, jak daleko w szkle może przejść wiązka lasera, zanim wiązka zostanie osłabiona o połowę. Ale znacznie ciekawsze byłoby poznanie rozmiaru cząstek tworzących „mgłę” w szkle iz czego są zrobione.
Ślad wiązki lasera w szklanej płytce
W przedpokoju mojego obecnego mieszkania stoi wąski stolik ze szklanym blatem. Jego szerokość to 48 cm, grubość szkła to 8 mm. Szkło jest przezroczyste, bezbarwne. Brzegi tego szkła są tak dobrze wykończone, że nie da się go przeciąć i wydają się całkiem gładkie. Ale oczywiście nie są polerowane ani polerowane, aby mieć właściwości optyczne. Nie wydają się przezroczyste.
Okazało się jednak, że nie jest to zbyt duża przeszkoda dla wiązki lasera. Wiązka laserowa przechodzi przez te krawędzie i przy odpowiednim początkowym kierunku może przemieszczać się dalej w szkle bez wychodzenia. Najwyraźniej istnieje efekt przewodnika światła.
To tutaj, w tym blacie, kryła się niespodzianka, niesamowity efekt świetlny, znacznie bardziej niesamowity niż trajektoria wiązki lasera w pryzmacie.
Wszyscy znamy rozkład światła przez pryzmat na składowe koloru. Newton rzekomo upewnił się, że niemożliwe jest uzyskanie dodatkowego rozkładu tych składników koloru. Zielone światło pozostaje zielone, a żółte pozostaje żółte. Dlatego uderzyło mnie, że początkowy ślad trajektorii zielonej wiązki lasera w szkle wyraźnie nie był zielony. Co więcej, za nim nastąpił teren zielony, a potem znowu nie zielony. Fakt ten musiał zostać udokumentowany.
Autor musiał założyć laser, żeby mieć wolne ręce do fotografowania. Ale nie można było już uzyskać tego samego efektu. Ale udało nam się uzyskać nie mniej niesamowity efekt.
Zdjęcie 2. Na powyższym zdjęciu, mniej więcej w środku obrazu, widzisz promień przechodzący od prawej do lewej, który następnie wydaje się znikać, wchodząc w jaśniejszy zielony pasek. Na zdjęciu wygląda jak sznur z wielokolorowymi żyłkami. Jeśli trochę powiększysz zdjęcie, zauważysz, że jeden z „pasm” jest brązowy. Poniżej (zdjęcie 3) przy dłuższej ekspozycji pokazuje tę samą wiązkę. Będzie ci łatwiej zobaczyć go ponownie z pewnym powiększeniem. Jedna z „nitek” tego promienia będzie dla ciebie żółta.
Zdjęcie 3. Z lewej strony u góry przez całe zdjęcie odchodzi wąska belka (otoczona zielonymi krawędziami), którą można nazwać „zebrą”, ale nie czarno-białą, ale biało-żółtą. Teoretycznie ten promień powinien być również zielony i oczywiście w tym samym kolorze i nie powinien naśladować zebry. W prawym górnym rogu widoczna jest część listwy drewnianej. Zasłania jasny punkt wejścia wiązki lasera w szklaną płytkę. Na zdjęciu 2, ze względu na małą ekspozycję, ta szyna jest praktycznie niewidoczna (wydaje się całkowicie czarna. Widać tylko ciemnozieloną krawędź).
Niestety aparat w ogóle nie widzi tego, co widzi oko.
Na zdjęciach 2 i 3 80% powierzchni zdjęć po lewej stronie zajmuje szkło (blat stołu „szklanego”). Wychodząc ze środka dolnej krawędzi zdjęcia 2, coś, co wygląda jak kawałek grubej liny, jest w rzeczywistości krawędzią szyby. Na zdjęciu 3 w tym samym miejscu jest coś, co bardziej przypomina szorstką listwę drewnianą - w rzeczywistości jest to ta sama krawędź szyby. Kawałek "drewnianej płyty" z ciemnozielonymi krawędziami w prawym górnym rogu na zdjęciu 3 jest częścią drewnianej łaty. Znajduje się tutaj, aby zamknąć jasny punkt wejścia wiązki laserowej do szkła z soczewki. Ten sam obiekt jest na zdjęciu 2 w przybliżeniu w tym samym miejscu i w tym samym celu, ale na zdjęciu 2 jest absolutnie niewidoczny.
W obu ujęciach powinniśmy zainteresować się wąską wiązką światła, która biegnie w środku kadru od prawej do lewej strony, gdzie stykają się krawędzie szyby i szyny.
Uwaga: początek tego promienia w obu ujęciach wygląda jak naprzemienne równoległoboki lub, jeśli wolisz, dwa wielokolorowe pasma skręcone razem. Na zdjęciu 2 wyglądają jak zielono-brązowe, na zdjęciu 3 wyglądają jak żółto-białe. Pod względem koloru obraz 2 jest bardziej zgodny z rzeczywistością. Krawędzie tych równoległoboków przecinają wiązkę pod kątem około 45 stopni.
Na obrazku 2 możemy powiedzieć, że ten promień wygląda jak lina skręcona z żółto-białych pasm. Ale dzieje się tak tylko wtedy, gdy patrzy się na belkę z jednej strony jej wejścia do szyby. Z drugiej strony ten promień wygląda dokładnie tak samo, ale już możesz zrozumieć, że nie są to skręcone pasma. Tam, gdzie po jednej stronie znajdują się złącza równoległoboku, punkty środkowe równoległoboku znajdują się po drugiej stronie i odwrotnie. Oznacza to, że po lewej i po prawej stronie następuje przesunięcie o połowę równoległoboku. Z góry wiązka wydaje się być monochromatyczna, jakby szaro-brązowa. Dla oka żółte równoległoboki wydają się być bardziej brązowe, ale wyraźnie nie zielone.
Już tutaj możemy zauważyć różnice w stosunku do teorii: zielony przestał być zielony. Ale jeśli w ogóle można się spodziewać zmiany koloru wiązki, to tylko zmiany barwy przechodzącej przez wiązkę, jak ma to miejsce w przypadku rozkładu światła białego w pryzmacie. O jakim rodzaju „promieniu” możemy mówić, gdy zmiana koloru przebiega wzdłuż promienia? Wydawałoby się, że to po prostu nie może być. Ale tutaj widzisz taki cud Yudo na zdjęciu. Znowu można sobie wyobrazić, że dwa wiązki są skręcone w rodzaj sznurka, ale promienie światła nie mogą niczego zginać i owijać. Ale nawet tego tu nie ma. Po obu stronach belki widoczne są naprzemienne kolorowe równoległoboki. Proszę powiedzieć, jak promień może okresowo zmieniać swój kolor wzdłuż promienia, jeśli nie założysz za nim tła składającego się z pasków zmieniających kolor? Po prostu nie może byćjest to nawet niemożliwe do wyobrażenia. Można to tylko narysować. Ale widzimy zdjęcie.
Eksperyment jest łatwy do powtórzenia (przynajmniej na tym szkle). Jeśli ktoś ma trudności z powtórzeniem eksperymentu, przyjdź do mnie, wszystko razem powtórzymy.
Zmiana kąta wejścia belki w krawędź szyby (w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny szyby) praktycznie niczego nie zmienia. Kiedy punkt wejścia promienia znajduje się blisko górnej płaszczyzny szyby, wydaje się, że promień jest dociskany do niej od wewnątrz, a następnie pęka, wnika w głąb szyby, a potem dalej, stopniowo stając się coraz mniej jasny. Od dołu i od góry wiązce po zerwaniu towarzyszą jasnozielone pasma światła, jakby dociskane do powierzchni szyby. Ani sama belka, ani te nici nie wychodzą na zewnątrz.
Przetestowano również czerwony laser. W ten sam sposób w szkle pojawia się promień składający się z równoległoboków o naprzemiennej jasności. Ale czy nastąpiła zmiana koloru, autor nie mógł zrozumieć. Zastosowano lasery o mocy około 50 miliwatów.
Autor na tym etapie nie potrafi wyjaśnić wyników tego eksperymentu.
Interakcja wiązki laserowej z przezroczystymi materiałami
Kiedy ten artykuł był już napisany, autor w wolnych minutach zaczął testować wszystkie dostępne przezroczyste materiały. W przypadku szkła wyniki można było łatwo powtórzyć, wszędzie można było zobaczyć ślad trajektorii promienia wewnątrz szkła, przypominający czerwono-brązowy kolor.
Następnie autor przetestował kawałek pleksi pochodzący z Chin. Pokazał ślad podobny do śladu w pryzmacie (zdjęcie 1). Niespodzianka, którą autor uznałby za naturalną kilka dni temu, czekała na niego z kawałkiem rurki z pleksi (średnica 80 mm, długość 126 mm, grubość ścianki 3 mm). W tej ścianie ścieżka promienia jest całkowicie niewidoczna. Autor przyjął ten wynik z pewną satysfakcją, gdyż kilka dni temu uważał, że ślad promienia lasera w przezroczystej substancji jest niewidoczny. Zaskoczenie, już realne, było inne: wiązka lasera nie opuściła tej ściany. Wyraźnie widoczny był jasny punkt wejścia, oba końce rury świeciły dość jasno, na ścianie widoczny był ciemny łuk cienia ze ściany rury, ale belka nie wychodziła z kawałka rury. Autor próbował nawet zajrzeć do wnętrza rury od końca: zobaczył bardzo jasny, wręcz oślepiający łuk - ale bez punktu.
Autor zaczął szukać innych dostępnych elementów splotu. Znalazłem linijkę z toru (długość 33 cm, grubość 5 mm, krawędzie linijki są fazowane i mają grubość około 0,5 mm). Ta linijka była używana w czasach, gdy nadal istniały deski kreślarskie. W linijce tej początkowy fragment trajektorii wiązki lasera był wyraźnie widoczny, ale stopniowo stawał się coraz bardziej niewyraźny i wiązka też z niej nie wychodziła.
Przypomnijmy czytelnikowi, że opisane eksperymenty rozpoczęły się od szklanego blatu o szerokości 48 cm, który mimo że ślad promienia w jego wnętrzu jest czerwonobrązowy, to promień z niego wychodzi i ma taki sam zielony kolor jak przy wejściu do niego.
Tak więc istnieją zupełnie inne przezroczyste materiały. W niektórych z nich zielona wiązka lasera nie jest widoczna, w innych jest widoczna i ma normalny zielony kolor, w szkle ślad wiązki lasera może okazać się czerwono-brązowy lub nawet w postaci prostej składającej się z czerwono-brązowych równoległoboków o zmiennej jasności. Wiązka lasera może przejść, ale może w ogóle nie wyjść z materiału, rozwijając się w materiale w linii, której jasność zmniejsza się w kierunku krawędzi.
Johann Kern, Stuttgart