Фяза вя заман

İşığın interferensiyası.

İşıq dalğalarının görüşərkən bir – birini gücləndirməsi və zəifləməsi hadisəsinəişığın interferensiyası deyilir.

Təcrübə göstərir ki, iki və daha çox işıq mənbələrindən çıxan işıq dəstəsi fəzada görüşərkən bir – birlə toplanır. Bir neçə lampanın yaratdığı işıqlanma ayrı – ayrı lampaların yaratdığı işıqlanmanın cəminə bərabər olur.

Bizi əhatə edən maddi aləmdə müxtəlif mənbələrin buraxdığı işıq dalğalarının bir – birilə görüşməsi hadisəsinə rast gəlirik. Lakin bu dalğaların mənbəyi koherent deyil. dalğaların interferenmiya etməsi üçün gərək dalgalar koherent, həmçinin mənbələr koherent mənbələr olmalıdır. Koherent dalğalar buraxan mənbələrə koherent mənbələr deyilir.Koheret dalğalar o dalğalara deyilir ki, onların rəqs tezliyi, yaxud periodları eyni olsun,fəzalar fərqi sabit qalsın. Eyni tezlikli və fazalar fərqi sabit qalarsa, onda bu cür dalğalar koherent olacaqdır. Koherent işıq dalğaları toplanarkən mühitin müəyyən bir nöqtəsində bu dalğaların bir – birini gücləndirməsi və zəifləndirməsi hadisəsi işığın interferensiyası adlanır.

Deməli, iki işıq dalğasının bir – birinin üzərinə düşməsi həm onların güclən-məsinə, həm də onların zəifləməsinə səbəb ola bilər. İşığın interferen-siyası işığın dalğa təbiətli olmasını təsdiq edir. İşıq verən iki müxtəlif mənbə koherent mənbə ola bilməz. Çünki işıq, cismi təşkil edən müxtəlif atom və molekullar tərəfindən şüalanan elektroimaqnit dalğalarıdır.Bu zərrəciklərin şüalanma şəraiti müxtəlif olub, rəqsin fazası xaotik olaraq dəyişir. İşıq verən iki mənbəyin koherent mənbə olması üçün, birinci mənbəyin işıq şüalandıran zərrəcikləri ikinci mənbəyin işıq şüalandıran zərrəciklərindən həmişə eyni faza ilə fərqlənməlidir və bu fazalar fərqi sabit qalmalıdır. Praktiki olaraq belə hadisə yaratmaq qeyri – mümkündür. Koherent mənbələr almaq üçün süni yolla bir mənbəyi iki mənbəyə çevirmək olur, bu zaman mənbələr koherent olur və görüşən dalğalar interferensiya edir. Başqa sözlə işın dalğalarının interferensiyasını müşahidə etmək üçün bir mənbəyin göndərdiyi şüaları iki şüa dəstəsinə ayırıb onları müxtəlif istiqamətdə göndərib, sonra bir nöqtədə görüşdürmək lazımdır.

2. İşığın difraksiyası.
İşığın dalğa təbiətli olmasını təsdiq edən hadisələrdər biri də işığın difraksiyasıdır. İşıq mühitdə yayılarkən kiçik ölçülü mankəyə rast gəldikdə, həmin maneəni aşması, düz xətt boyunca yayılma qanunundan kənara çıxması hadisəsi işığın difraksiyası adlanır. Kiçik yarıqdan işıq şüa dəstəsi buraxaq. Əgər işıq kvantlar seli isə onda ekran üzərində yarığın qarışısı işıqlı, kənarlarında isə kölgə alınacaqdır. Əgər işıq şüası dalğa xassəsinə malikdirsə, onda kölgənin özünə işıq şüalarının daxil olduğunu görəcəyik. Doğrudan da əgər yarığın ölçüsünü kiçildib işığın dalğa uzunluğu tərtibində və ondan kiçik götürsək, işıq şüalarının kölgəyə daxil olduğunu görərik. SD ekranı ilə işın mənbəyi arasında, üzərində deşik olan bir AB ekranı götürsək, onda SD ekranı üzərində hər tərəfdən kölgə ilə əhatə olunmuş işıqlı ləkə alarıq ( şəkil 1, a, b). Əgər işığın düz xətt qanunu ilə yayıldığını qəbul etsək , onda işıqlı sahə, S mənbəyindən çıxan və yarığın kənarlarından keçən düz xətlər arasında olacaqdır. Yarığı d ölçüsünü kiçiltsək ( yarığın ölçüsü işığın dalğa uzunluğu tərtibində və ondan kiçik olarsa), yaxud olarsa ( ekranlar arasındakı məsafədir), onda kölgənin sərhədi dəqiq müəyyən olmur. Bu zaman DS ekranında ardıcıl olaraq işıqlı və qaranlıqlı konsentrik dairələr alınır ( işıq monoxromatik olduqda ) ( şəkil 1, b ) . Mənbə ağ işıq buraxarsa onda alınan dairələr rəngli olacaqdır. Yarıq düzbucaqlı formada olarsa, difraksiya mənzərəsi zolaqlar şəklində olar. Bu hadisə göstərir ki, işıq yarığın kənarlarından meyl edir, yəni düzxətli yayılma qanunundan kənara çızır. Bu hadisə işığın difraksiyası, ekranda alınan dairələr isə difraksiya mənzərəsi adlanır. Təcrübədə aldığımız bu hadisənin səbəbini Hüygens – Frenel prinsipinə görə izah etmək olar.
Şəkil 1.
Tutaq ki, S işıq mənbəyindən işıq AB ekranında olan dairəvi yarığından keçərək SD ekranı üzərinə düşür ( Şəkil 2.)
Şəkil 2.
Hüygenis – Frenel prinsipinə görə yarığının hər bir nöqtəsi yeni dalğa mənbəyi olaraq özündən elementar dalğalar buraxır. Bu elementar dalğalar koherent olduğundan, görüşən 1 ilə 2 və 3 ilə 4 şüaları interverensiya edəcəkdir. Görüşən şüaların yollar fərqindən asılı olaraq və nöntələrində maksimum, yaxud minimum alınacaqdır. Beləliklə SD ekranında həndəsi kölgə alınan yerdə ardıcıl olaraq işıqlı və qaranlıq dairələr alınar. Yarıqdan əlavə yayılan işığın qarşısında şəffaf olmayan hər hansı kiçik maneə, məsələn, nazik naqil, tük və s. qoyularsa ( maneənin ölçüsü mənbədən maneəyə qədər olan məsafədən kiçik olduqdu), difraksiya mənzərəsini müşahidə etmək olar. Təbii şəraitdə difraksiya hadisəsinə yağışdan sonra havada olan su damlalarında ( göy qurşağı ) şaxtalı havada kiçik buz dənələri olduqda rast gəlmək olur. Tərləmiş şüşə, nazik dişli daraq, ipək, yaxud nazik kətan parça ilə işıq mənbəyinə baxdıqda difraksiya mənzərəsini gbrmək olar.

Əgər şüşə üzərinə nazik qan təbəqəsi çəkib nöqtəvi işıq mənbəyinə baxsaq, onda işıq qanda olan eritrositlərdən difraksiya edəcək. Lövhə üzərində konsentrik dairələr alınacaqdır.

2. İşığın polyarlaşması.
İşıq ayrı – ayrı atomların buraxdığı elektromaqnit dalğalarından ibarətdir, yəni rəqsləri bir – birinə perpendikulyar olan elektrik və maqnit sahələrinin cəmindən ibarətdir. Təcrübə göstərir ki, işığın kimyəvi, fizioloji və başna təsirləri ancaq işığın elektrik rəqsləri hesabına olur. Ona görə də məsələni sadələşdirmək üçün işıq dalğası dedikdə ancaq eletrik rəqslərini nəzərdə tutacağıq və bu rəqslərin olduğu müstəvini rəqs müstəvisi qəbul edəcəyik ( maqnit rəqsləri nəzərə alınmır ).

İşıq şüasını təşkil edən elektrik rəqsləri həmişə bir müstəvidə olarsa belə işıq polyarlaşmış işıq adlanır.

Belə işıq müstəvi və yaxud polyarlaşmış işıq adlanır ( bundan əlavə dairəvi və elliptik polyarlaşma vardır ki, burada bu məsələyə baxılmır). Polyarlaşmış işıq şüası sxematik olaraq şəkil 1, a – da göstərilmişdir ( vektor elektrik sahəsinin

intensivlik vektorunu göstərir) .

1. 
   b) c) Şəkil 1.
   

Dalğa hissəcikləri çox tez – tez və ixtiyari şəkildə öz rəqs istiqamətlərini dəyişərsə, onda belə işıq polyarlaşmamış işıq və yaxud təbii işıq adlanır. Həyatda biz heç vaxi ayrı – ayrı atomların buraxdığı şüa ilə rastlaşmırıq. Hər bir real işıq mənbəyi xaotik, yəni müxtəlif istiqamətlərdə şüalanan atomlar çoxluğundan ibarətdir. Bu dalğalar bir – biri ilə toplanaraq cisimdər xaric olan işıq şuasını təşkil edir. Bu işıq isə polyarlaşmamış işıqdır, çünki rəqsləri müxtəlif müstəvilər müstəvilər üzərində yerləşibdir ( şəkil 1, b). Adətən şüalanan cismin hər atomunun şüalanma intensivliyi orta hesabla eyni olur. Ona görə də təbii işığın E vektorunun amplitud qiyməti bütün rəqs müstəvilərində eyni olur. Ola bilər ki, E vektorunun amplitud qiyməti müxtəlif rəqs müstəvilərində müxtəlif olsun. Belə işıq qismən polyarlaşmış işıq adlanır ( şəkil 1, v ) ( şaquli müstəvidə rəqslər üstünlük təşkil edir).

3. İşığın qayıtma və sınması.

Həndəsi optikada işığın təibəti haqqında heç bir mülahizə söyləmədən onun yayılmasına baxılır. Hər bir işıq şüası sonsuz nazik xətt olub, hər bir nöqtədə dalğanın yayılma istiqamətini göstərir. Bir sıra hadisələri izah etmək və optik cihazların konstruksiyasını verərkən şüa anlayışından istifadə edilir. Həndəsi optikada ən sadə hadisələrdən bir güzgü səthindən şüanın qayıtmasıdır.

İşıq seli bir – birindən ayrılan iki mühitin sərhədinə düşdükdə ( məsələn, havadan şüşəyə düşdükdə) bir hissəsi həmin mühitin sərhədindən qayıdır bir hissəsi sınaran ikinci mühitə daxil olur. daxil olanın bir hissəsi udulur, qalan hissəsi həmin mühitdən xaric olur . Bu hadisə sxematik olaraq şəkil 1 , a – da göstərilmişdir. Mühitin sərhədinə düşən işıq seli olarsa, onda :

İşıq selinin hansı hissəsinin səthdən qayıtması, hansı hissəsinin ikinci mühitə daxil olması, ikinci mühitin təbiətindən, onun səthinin vəziyyətindən işıq selinin tərkibindən və düşmə bucağından asılıdır.
Şəkil 1.

Mühitin səthinin vəziyyətindən asılı olaraq qayıtma düzgün ( güzgü ) və diffuzion ( səpici) ola bilər.

Düzgün qayıtma o qayıtmaya deyilir ki, qayıdan şüalar müəyyən bir istiqamətdə olsun ( qayıtmada müəyyən bir qanunauyğunluq olsun ) ( şəkil 1, b).

Şüanı bir istiqamətdə əks etdirən səth güzgü səthi adlanır. Güzgü səthinin formasından asılı olaraq güzgülər müstəvi və sferik olur. Şüanın yolunu idarə etmək və cismin xəyalını qurmaq üçün güzgülərdən istifadə olunur.

Güzgü qayıtması zamanı qayıdan işıq selinin cismin səthinə düşən işıq selinə olan nisbətinə , yəni

əksolma əmsalı deyilir. İşıq seli havadan dielektrik səthə düşdükdə əksolma əmsalı , metalın səthinə düşdüyü hala nisbətən az olur. Qayıtmada müəyyən bir qanunauyğunluq olmazsa, belə qayıtma diffuzion qayıtma adlanır ( şəkil 1,v). Diffuzion qayıtmada şüalar hər tərəfə əks olduğuna görə həmin cismi biz müxtəlif istiqamətlərdən görə bilərik. İsmin səthi kələ – kötür olarsa, onda diffuzion səpilmə baş verir. Məsələn, kağızın səthi, eain divarı, qarın səthi belə səpilmə yaradır. Qayıdan şüanın istiqaməti iki qanunla təyin olunur :

1. 
   Düşən şüa ilə düşmə nöqtəsindən mühitə qaldırılan normal arasında qalan bucaq ( düşmə bucağı), normal ilə qayıdan şüa arasında qalan bucağa ( qayıtma bucağı) bərabərdir.
   
2. 
   Düşən şüa, qayıdan şüa və düşmə nöqtəsindən iki mühitin sərhədinə qaldırılan normal hər üçü bir müstəvi üzərində olur.
   

İşıq bir mühitdən başqasına keçdikdə işıq şüası sınır ( şəkil 2). İşığın sınması iki qanuna tabe olur.

1. 
   Düşən şüa, sınan şüa və düşmə nöqtəsində iki mühitin ayıran sərhədə qaldırılan normal hər üçü bir müstəvi üzərində olur. Sınan şüa ilə normal arasında qalan bucaq sınma bucağı adlanır.
   
2. 
   Düşmə bucağının sinusunun sınma bucağının sinusuna olan nisbəti verilmiş iki mühit üçün sabit kəmiyyət olub işığın həmin mühitlərdə yayılma sürətlərinin nisbətinə bərabərdir, yəni
   

( 1)

olduğundan

burada kəmiyyəti nisbi sındırma əmsalı adlanır. və uyğun olaraq birinci və ikinci mühitlərin mütləq sındırma əmsalıdır. Mühitin vakuuma nisbətən sındarma əmsalına həmin mühitin mutləq sındırma əmsalı deyilir. Mütləq sındırma əmsalı işıq şüasının vakuumda yayılma sürətinin verilən mühitdə yayılma sürətinə olan nisbətinə bərabərdir.

Şəkil 2.

( 1) ifadəsindən görünür ki, olduqda düşmə bucağı həmişə sınma bucağından böyükdür, yəni işıq optik sıxlığı az olan mühitdən optik sıxlığı çox olan mühitə düşərsə, onda sınan şüa normala yaxınlaşır ( şəkil 2). Əks halda isə, yəni şüa optik sıxlığı çox olan mühitdən optik sıxlığı az olan mühitə keçərsə, onda sınan şüa normaldan uzaqlaşır. Bir sıra hadisələr işığın sınması ilə əlaqədardır.

Suya düz ağac, yaxud su ilə dolu stəkana çay qaşığı salınarsa, su ilə hava sərhədində onların guya sındığı müşahidə ediləcəkdir.

Şəffaf cisim həffaf mühitdə olarsa, cisim o zaman görünə bilər ki, cismin sındırma əmsalı ətraf mühitin sındırma əmsalından fərqli olsun, yaxud cisim başqa rəngdə olsun. Cismin sındırma əmsalı və mühitin sındırma əmsalı eyni olarsa cisim görünməz. Ona görə də mayedə olan çoxlu bakteriyalar çox böyüdülmüş halda da yenə görünmür.

Baxdığımız cismin sındırma əmsalı ətraf mühitin sındırma əmsalından az fərqlənirsə, onda cisim çox pis görünür. Ona görə də suda olan kiçik balıqlar və başqa həşəratlar çox pis görünürlər.