Рубрика: Физика
За двојната природа на светлината
Автор: Петар Лагудин
Објавено на 14.05.2018 - 12:15

Изразот дуализам (од латинскиот збор dualis - двојност), во физиката значи својство на електромагнетското зрачење, т.е. фотоните, (но, и на другите фундаментални честички) да покажуваат две различни својства: корпускуларна и бранова природа, во зависност од условите.  Корпускуларната теорија на светлината претпочита дека светлината е составена од рој ситни честички, кои се движат со одредена брзина. Неа ја поставил Исак Њутн (Isaac Newton) во 1672 година, објаснувајќи го праволиниското движење на светлината и поимите рефракција (прекршување) и рефлексија (одбивање) на светлината. Паралелно со тоа, физичарот Христијан Хајгенс (Christiaan Huygens) во 1690 година ја поставил брановата теорија на светлината, објаснувајќи ги појавите дифракција (скршнување) и интерференција (меѓусебно дејство) на два брана при што, во зависност од нивната меѓусебна фаза, може да се добие поголема или помала аплитуда на нивниот збир во однос на поединечните амплитуди на двата брана, или наполно меѓусебно поништување на брановите. И двете наведени теории имаат свое значење, па денес тие се обединети во една целина т.н.  двојност бран-честичка (wave-particle duality)

Овој феномен на светлината досега е повеќепати експериментално истражуван. Така во 1970 година, физичарот Џон Вилер (John Wheeler), излезе со идејата за тестирање на овој феномен со експеримент што наизменично може да ги покажува двете својства на светлината, брановото и корпускуларното. Експериментот беше наречен “задоцнет избор” (delayed choice) и подоцна беше неколку пати реализиран, а притоа најдолгото растојание на патеката на поминување на светлинскиот зрак беше 140 km. 

Група истражувачи од Универзитетот во Падова, Италија, го повториле  истиот експеримент преку многу подолга патека, така што упатиле ласерски зрак кон еден вештачки сателит што орбитира на височина 3 500 km над површината на Земјата,  којшто го рефлектирал зракот назад кон Земјата. Целта на истражувачите беше да утврдат дали феноменот “бран-честичка” на светлината важи за која било должина на патеката на движење на светлинскиот зрак. Па ќе го објасниме накусо реализираниот експеримент!

Во лабораторија на Земјата истражувачите генерирале импулси од ласерски зрак и ги насочувале во уред т.н. “Расцепувач на зрак” (beam splitter). Тој го расцепувал зракот на два еднакви дела, поединечно усмерени секој во посебна патека. Меѓутоа една од двете патеки  беше малку подолга од другата, па светлинскиот зрак во неа добивал мало задоцнување во движењето во однос на зракот во покусата патека. Освен тоа, истражувачите имале можност различно да ги поларизираат расцепените зраци; едниот во вертикална, а другиот во хоризонтална рамнина. Така подготвени двата светлински зрака биле повторно споени заедно и импулсно испраќани кон вештачкиот сателит, којшто ги рефлектирал назад кон Земјата, каде тие стасуваа временски едниот малку пред другиот. Доаѓајки на Земјата, двата рефлектирани зрака поминуваат низ интерферометарски систем во две можни состојби. Системот е прикажан шематски, упростено, на сликата во прилог. Сега доаѓа најбитното. Наведовме дека истражувачите имале можност да ја менуваат поларизацијата на двата светлински зрака, таа да биде иста кај двата зрака, или да биде различна, кај едниот вертикална, кај другиот хоризонтална. Горната слика го покажува случајот кога светлинските импулси се различно поларизирани. Тие влегуваат во интерферометрот каде се расцепуваат и рефлектирајќи се од огледалата стасуваат до двата детектори на секоја линија по еден. Во овој случај двата детектори покажуваат дека зраците делуваат индивидуално како два посебни импулси со извесно меѓусебно задоцнување, имено, покажуваат својство типично за однесување на честички (particle) т.е. корпускуларно својство. Додека долната слика го покажува случајот кога светлинските зраци имаат иста поларизација, па ако на крај на системот во десното горно ќоше се додаде втор beam splitter, тој ќе ги рекомбинира двата зрака во еден бран, кој ќе биде идентификуван само на едниот од двата детектори, имено, својство типично за брановата (wave) природа на светлинскиот зрак. Па ете го дуализмот “бран-честичка”.  

Експериментот бил повторуван повеќепати и секогаш биле регистрирани истите резултати, па врз основа на сето тоа, истражувачите заклучиле дека феноменот на светлината “бран-честичка” е еднакво присутен на кое било растојание низ кое патува светлината

Клучни зборови:
Шематски приказ на интерферометар

Шематски приказ на интерферометар