Если спросить среднестатистического человека о том, какие он знает свойства света, то без сомнения, каждый сразу назовет «отражение». Действительно, пожалуй, нет такого ребенка, который бы не любил в солнечный день играть с небольшим зеркалом, отбрасывающим лучи - так называемого солнечного зайчика. Наверняка, многие еще вспомнят, как здорово было играть с тенями – это тоже проявление одного из свойств света. Но для некоторых будет откровением тот факт, что волны, позволяющие радио и телевизору воспроизводить передачи, являются тем же самым светом. Никаких чудес нет – все легко объяснимо. Причиной данной путаницы являются волновые свойства света.
Любое вещество, атомы которого находятся в возбужденном состоянии, генерируют излучение электромагнитной природы. Механизм прост: любые частицы стремятся к состоянию энергетического равновесия, поэтому излучают излишнюю энергию. Это может быть тепло, видимый свет или какие-либо другие виды излучений. Что же такое свет? Если рассматривать весь спектр, то видимое глазом излучение занимает частоты в промежутке 790-390 ТГц. Особенность данного излучения заключается в том, что ему присущи как волновые свойства света, так и свойства частиц (корпускулярные). Кто интересуется техническими новинками, наверняка, слышал выражение «фотонный двигатель». Из его сопел вырываются частицы света – фотоны, обеспечивая возникновение импульса. Как же тогда понять «волновые свойства света», если речь идет о частицах? Дело в том, что видимый нами свет двойственен: он может быть представлен как в виде излучения, так и в виде потока частиц. Ряд проведенных экспериментов позволяет утверждать, что верны обе точки зрения.
Когда рассматривают волновые свойства света, обязательно упоминают интерференцию. Она основана на изменении яркости (интенсивности) участков поверхности, освещенных несколькими световыми лучами. Именно интерференция позволила Юнгу провести свой знаменитый эксперимент с двумя щелями.
Следующее свойство – это дифракция. Для данного явления существует несколько объяснений, но для человека, малознакомого с оптикой, можно привести следующее пояснение: дифракция представляет собой обход волной препятствия на пути. То есть, теоретически, поток излучения от точечного источника никогда не может «задеть» область тени от предмета, формируемую двумя векторами, однако на практике это предположение нарушается. «Виновна» в этом именно дифракция. Иногда она рассматривается в качестве одного из проявления интерференции, что не является ошибкой.
Широко известно явление преломления. Его можно наблюдать и дома: для этого достаточно налить воды в стакан и поместить туда ложку. Если теперь посмотреть на ложку, то в месте перехода воздух-вода заметно искажение, нарушающее геометрическую правильность. Это происходит из-за преломления лучей на границе двух различных сред.
Приходилось ли вам задумываться, почему с солнечный зимний день яркость света настолько высока, что приходится одевать очки с затемненными стеклами? Причина этого в отражении лучей от белой поверхности, образованной снегом. Часть волн изменяет направление своего движения на противоположное из-за взаимодействия с поверхностью.
Для изучения поведения частиц в квантовых процессах используется оптическая решетка. Если несколько лучей лазера параллельно направить в одну сторону, а им встречно – другие лучи, то в промежутках возникнет энергетический потенциал. Окружающие нейтральные атомы концентрируются в его минимумах, формируя подобие кристаллической решетки. Изменяя частоту лучей, угол между ними или излучаемую мощность, удается управлять поведением этих атомов.
