Я продолжаю тему о предрассудках, связанных с фотонами.
Вопрос о влиянии интенсивности излучения на интерференционную картину физики благополучно «замяли для ясности» еще в самом начале XIX века. Замяли так хорошо и надежно, что до сих пор принято считать (негласно и неявно), будто интенсивность излучения на интерференцию не влияет. Даже после открытия фотонов этот вопрос не поднимался.
Внушили себе физики, что влияния нет, и двести лет слепо верят в это.
Я расхожусь с современными физиками-теоретиками во мнениях о свойствах фотонов. В частности, я полагаю, что фотону можно поставить в соответствие некую область, в которой он может быть локализован в пространстве, а также считаю, что эта область не шарообразная, а сильно вытянутая: тонкая и длинная.
Исходя из вышеуказанных предположений, я считаю, что форма интерференционной картины может зависеть от расстояния между фотонами и, следовательно, от интенсивности излучения.
При уменьшении интенсивности расстояние увеличивается, фотоны перестают накладываться друг на друга и соприкасаться друг с другом, утрачивая, таким образом, возможность взаимодействовать.
Рассмотрим эксперимент, в основу которого положен классический пример интерференции света «на краю полуплоскости».
В качестве источника света я буду использовать лазерный модуль, извлеченный из указки.
Как я уже упоминал в предыдущих статьях, для проведения экспериментов удобно использовать дешевые лазерные указки от «неизвестных производителей», которые можно легко разобрать и отрегулировать.
Если совсем выкрутить гайку и извлечь из лазерного модуля линзу вместе с прижимной пружиной, то модуль превращается, фактически, в точечный источник света, так как размеры лазерного диода могут измеряться долями миллиметра.
В моем эксперименте расстояние от диода до края цилиндрического корпуса модуля составляет 1 см, а угол расхождения лазерного луча – 30 градусов. Половину луча я перекрываю, используя в качестве препятствия для распространения света кромку лезвия от безопасной бритвы (необходимо, чтобы край препятствия был ровным, так как в данном случае на экране становятся заметными малейшие дефекты):
Расстояние от излучателя до экрана 50 см.
Что наблюдается при изменении расстояния R между излучателем и препятствием?
Установим вначале препятствие на расстоянии 1 мм от края корпуса модуля.
На экране получается следующее изображение:
Справа видны полосы в форме дуги, появляющиеся в результате дифракции света на краю корпуса модуля, а слева – прямые полосы, являющиеся результатом дифракции на лезвии бритвы.
Крайние полоски широкие, а затем полосы сужаются по мере приближения к центру изображения.
Полосы появляются не только благодаря дифракции, но и благодаря интерференции.
Так как луч расходящийся, по мере удаления препятствия от диода интенсивность излучения возле края препятствия уменьшается.
Отодвинем лезвие и увеличим значение R до 5 см. Расстояние от диода до препятствия увеличилось с 1 см до 6 см, а интенсивность излучения возле кромки лезвия уменьшилась в 36 раз:
Полоски справа остались такими же, какими и были, а ширина полос слева существенно уменьшилась: они стали практически незаметными.
Комментарии
Отлично, эксперимент! Наконец-то вы можете посрамить этих замшелых физиков на их собственном поле, окончательно и бесповоротно доказать превосходство своей теории!
Скажите, а вот вы пишете:
А каким прибором вы измерили интенсивность?
И в принципе, определение интенсивности привести вам не слишком трудно, ну чтобы м снова говорили об одних и тех же вещах в физическом эксперименте?
Интенсивность я посчитал.
Определения из Википедии:
Вот мне и интересно, каким методом вы посчитали интенсивность, на основании каких измерений. Нет, ну если ваш метод расчета заключается в:"Присваиваю этому источнику интенсивность единица, а этому - 36!", то так и скажите, я пойму...
Но вообще интенсивность - это поверхностная плотность мощности излучения, измеряется в ваттах на квадратный метр (лазерщики упорно пользуются внесистемной единицей ватт на квадратный сантиметр, но они и мощность лазеров до сих пор измеряют в количестве прожженых бритвенных лезвий). Следовательно, для сравнения интенсивности вам требуется измерить мощность излучения в каком-то конкретной точке картины, а затем разделить на площадь того кусочка, который вы измерили. Затем поменять картину и снова измерить мощность того же кусочка картины, затем сравнить. А, и учесть погрешность измерения измерительного прибора, конечно.
Каким методом вы всё это проделали, поделитесь информацией...
Метод приближенный.
Берем кусочек поверхности лезвия площадью, например, 1 квадратный миллиметр.
Принимаем за единицу его освещенность на расстоянии 1 см от диода.
При увеличении расстояния от диода до лезвия в 6 раз то же количество света падает уже на поверхность площадью 36 квадратных миллиметров.
А как вы определили, что количество света - то же? Каким методом измерили? Просто посмотрели и решили, что они одинаковые? На глаз?
Я не просто так выкрутил гайку и вытащил линзу вместе с пружиной из лазерного модуля: сам по себе лазерный диод после этого превращается в точечный источник света.
Каким образом выкручивание гайки помогло измерить интенсивность? Вы полагаете, что посмотрев на пятно на двух расстояниях, если вам кажется, что яркость одинаковая, она в самом деле одинаковая?
Луч теперь не сфокусированный, а конусообразный, он расходится из одной точки. По мере расхождения луча то же количество фотонов приходится на большую площадь поверхности.
П. Лакуръ и Я. Аппель, Историческая физика, Томъ 1, страница 78:
Соответственно, интенсивность как отношение мощности к площади, на которую она приходится, стало в 36 раз меньше. Поразительное экспериментальное достижение. Как оно подрывает основы замшелой физики, я не вполне понимаю. Поясните, пожалуйста, в чём новизна ваших экспериментальных достижений.
На левую часть фотографий внимание обратили?
Чем меньше интенсивность излучения, тем меньше ширина интерференционных полос.
Ну, уели. Ну нечего возразить, в самом деле, изменили интенсивность - изменилось расстояние между полосами. Современная физика объяснить этого, безусловно, не в силах.
Хотя, подождите. Если ширина полос зависит именно от интенсивности, а интенсивность можно менять двумя способами - изменением расстояния или изменением мощности источника, изменение мощности лазерного модуля при неизменном положении лезвия тоже должно приводить к изменению ширины дифракционных полос, верно? Изменение мощности можно реализовать изменением тока питания лазерного диода или банально поставить между лазером и лезвием затеняющую пленку для окон, пропускание у нее процентов 40-50, ширина полос должна измениться заметно.
Проведите дополнительный эксперимент, посрамите физиков окончательно. Докажите, что в самом деле именно интенсивность влияет на ширину полос. Добивайте.
Яркость или освещенность?
эти Ваши рассуждения про "расстояние увеличилось и яркость упала пропорционально квадрату"- работают только для точечного источника. ТОЧЕЧНОГО! точечным источник можно грубо считать в том случае, если его линейные размеры в 100 раз меньше расстояний, проходимых светом. И то- не всегда. Так вот при Ваших расстояниях в сантиметры и размерах светодиодного лазерного элемента в миллиметры- нельзя Ваш светодиод считать точечным источником. второе- в Вашем эксперименте совершенно пофиг, где стоит лезвие- оно в любом случае перекрывает половину светового потока. От положения лезвия меняется только расстояние, проходимое светом после лезвия и как следствие- меняется расстояние между дифракционными максимумами на экране (строго в соответствии с интегралом Френеля, кстати). Причем, меняется не величина колебаний интенсивности в этих дифракционных максимумах и минимумах, а только расстояние между ними, потому что линейные размеры всей экспериментальной установки многократно превышают длину волны и потому работают все положения обычной геометрической оптики.
Ваше бы упорство да в мирных целях.
Почему бы вам не взять фотоаппарат с лучшим объективом? Может не интерференция пропала а вашему прибору не хватает чувствительности?
Проблема не только в объективе:
Пояснения, которые дает tiriet
Кстати, можно попробовать в качестве дифракционной решётки старый компакт-диск.
По ссылке предложен способ оценить ток срыва монохромности у лазера указки. Настоящей диф.решётки вам не найти.
Если вам нужна помощь со схемой регулятора тока указки для эксперимента, обращайтесь
-- Почему ? Я купил парочку разных. Качество хорошее. для экспериментов достаточно. ;)
https://aliexpress.ru/popular/дифракционная-решетка.html
в любой китайской лазерной указке со сменными насадками- которая дает всякие эффекты типа светомузыки- в этой самой насадке (насадках)- вполне себе качественные дифрешетки промышленного изготовления. 150 рублей в переходе метро- и у Вас набор решеток уровня лабораторной техники конца прошлого века- то есть, очень даже неплохого уровня.
вообще- технически- прямо вот сегодня даже некоторые эксперименты по квантовой и ядерной физике можно ставить дома прямо на столе- простые диоды, туннельные диоды, фотодиоды и полевые транзисторы, а так же 12-битный АЦП дешевенького микроконтроллера открывают доступ в мир квантовых явлений, а добавив сюда старый датчик дыма с америцием и альфачастицами, а от них уже недалеко до ядерных явлений.
Удивительное дело! Мы с Эйнштейном, два физика-теоретика, он - специалист по Теории относительности, я - по Квантовой механике, никогда не держали в руках ничего тяжелее члена и ложки с вилкой.
- Алик, ссукин ты кот, возьми в руки молоток и забей, наконец, гвоздь в стену! Пальто не на что повесить!
Кричали нам наши жёны, ему - Милева, а мне - Яна... Но, зато мы отличались исключительной наблюдательностью... и сообразительностью! Чего явно не хватает вам, друг мой. Итак, рассмотрим ещё раз эксперимент с одиночными фотонами на интерферометре Маха-Цендера:
Одиночный фотон проходит одновременно по двум путям, после чего попадает в детектор D2. Всегда и только в детектор D2, словно детектора D1 для него не существует! Казалось бы, малозначащий факт, но мы сумели сделать из него далеко идущие выводы!
Итак, фотон всегда распространяется по всем возможным путям. И в этом он, действительно, похож на волну. Почему же тогда не срабатывает детектор D1? Деструктивная суперпозиция, да, это она! Мы можем поставить много полупрозрачных зеркал, чтобы заставить фотон идти по многим путям, - результат будет тем же самым! Всегда будет срабатывать только один детектор из множества.
Попробуйте сделать подобную установку самостоятельно. Я уверен, у вас должно получиться!)
На картинке показана какая-то упрощенная схема.
А ссылку на первоисточник не дадите?
К чёрту первоисточники! Нет, не дам. Из принципа. Учитесь думать своей головой. Впрочем, может быть, у наших читателей тоже возникнут некоторые вопросы...
Вы знаете, иногда у меня складывается впечатление, что по настоящему физикой интересуетесь только вы один, друг мой! А все эти Внедорожниковы, Симурги и Тириеты... так, просто мимо проходили.)
Кстати, у меня сложилось впечатление, что физики как-то слабо различают две принципиально разные ситуации: взаимодействие фотона с самим собой и взаимодействие разных фотонов друг с другом.
И другое наблюдение: я нигде не вижу примера использования однофотонного источника для эксперимента с дифракцией на краю полуплоскости. Если источник однофотонный, то дифракция должна иметь место, а вот будут ли появляться интерференционные полы типа тех, что наблюдаются на моих картинках после прохождения луча возле лезвия?
Кстати, а вы поняли, что эксперимент на интерферометре Маха-Цендера можно рассматривать как аналог двухщелевого эксперимента?
Смотрите, на практике, вместо двух щелей, используется тонкая вольфрамовая проволока, натянутая поперёк лазерного луча. Таким образом, что получается? Одна проволочка заменяет собой два полупрозрачных зеркала в интерферометре!)
-- Нет нельзя. Интерферометр Маха-Цандера разноходовой ! И два цуга лучей (кванта-фотона) приходят не одновременно, как на щели. Интерферометр М-Ц предъявляет жёсткие требования к длине когерентности. А для щелей сгодится современный светодиод(по степени очистки).
Что нам мешает сделать интерферометр с равными плечами? Правильно, ничто не мешает.)
-- По какой схеме ?
Надеюсь, про поляризацию после светоделителя не забыли..
И что за детекторы(принцип работы) ?
Детекторы должны будут регистрировать одиночные фотоны. Да, они должны быть достаточно чувствительными. При этом цена вопроса меня не смущает. Хоть за тысячу долларов, хоть за десять тысяч...
Спинор как-то раз, за кружкой виски, рассказал мне, что старик Резерфорд обожал помещать своих студентов в абсолютно тёмное помещение. На две-три недели. Парней и девушек. Да, абсолютно голых...
Да, так вот, в этих условиях чувствительность человеческого глаза необычайно повышается, и он становится способным фиксировать даже одиночные(!) фотоны! Рождающиеся либо от космических лучей, либо прямо тут же, спонтанно... )
-- Предложите схему. На память приходит схема равноплечного интерферометра Саньяка. Но он встречно-ходовой и потому имеет выход только на один детектор. А куда поставить второй ? ;)
- У вас интерферометр Саньяка?
- Можете считать наш интерферометр "интерферометром Саньяка", - сказал Алекс злобно, - но до сих пор он назывался интерферометром Маха-Цендера. Вы удовлетворены?
Но турист-любитель удовлетворён не был.
- Позвольте, - воскликнул он с юношеской назойливостью, — но ведь в эксперименте нет никаких «Махов-Цендеров»! Я читал в книге, что в экспериментах применялись интерферометры Майкельсона, Релея и Саньяка.
- Идите к чёртовой матери со своим «Саньяком»! — заорал Алекс. — Кто такой Саньяк? Это ваш родственник Саньяк? Папа ваш Саньяк? Чего вы прилипли к человеку?! Русским языком ему говорят, что «Саньяк» в последний момент заменён «Махом-Цендером», а он морочит голову! «Саньяк»! «Саньяк»!
Туриста-любителя уже давно оттеснили модераторы, а Алекс долго ещё взмахивал руками и бормотал:
- Знатоки! Убивать надо таких знатоков! «Саньяка» ему подавай! )
-- Дайте название этого интерферометра! Чей он, поправьте ?
Моя картинка взята из учебника для студентов.(убивайте тех, кто готовил презентацию). Видимо теперь так студентов учат...
п.с. И меня больше интересовало не название, а смысл-схема.
-- Я не только книги читаю. 12 лет назад сам собрал свой первый интерферометр по схеме Майкельсона(как утверждает википедь) Половину деталей покупал на "авито", "мешок". А сейчас почти всё продаётся на алике. Причём получил на экране хорошо различимые кольца и был удивлён: "Из какого же говна они собирают интерферометры и юстируют их, если получают размытые полоски !? "
https://ru.wikipedia.org/wiki/Интерферометр_Майкельсона
п.с. фотки своих экспериментов выкладывал на Консилиумъ - ЭксМашина. Многие здесь об этом знают. ;)))
Что это за таинственная сила, которая препятствует фотону попасть в детектор D1? Неужели и вправду фотон разделился на две половинки, которые начали интерферировать друг с другом?
И почему, если убрать второе полупрозрачное зеркало HM2, фотон начинает вести себя как обычная частица? Да, в этом случае вполне применимы классические представления, когда в половине случаев фотон пройдёт через полупрозрачное зеркало, а в половине - отразится от него. И да, будут поочерёдно срабатывать оба детектора.
Мы обсуждали эту проблему с Джоном Уилером, и Джон предложил провести эксперимент с отложенным выбором. Вы все, наверняка, наслышаны об этом, я угадал?
Итак, фотон входит в первое полупрозрачное зеркало HM1, а второе полупрозрачное зеркало HM2 ещё не установлено. И вот, фотон либо прошёл через HM1, либо отразился от него. И только после этого начинает устанавливаться полупрозрачное зеркало HM2. Как поведёт себя фотон?
Точно так же, как и в первом случае, то есть, как волна. Подумайте над этим.)
-- Думал. А потом решил проверить.
Благо аккумуляторы лазеров заряжены. Есть светоделительные пластины (советские и китайские) под определённые длины волн 50%/50%. Есть светоделительные кубики, но они не понравились из-за переотражений, куча любых зеркал с первой отражающей поверхностью и регулировкой по трём точкам. Вообщем, долго не юстировал, а попробовал прохождение луча по схеме М-Ц. Детекторами выступали собственные глаза, сфотить могу с понедельника. Так вот, светоделитель-зеркало-светоделитель(зеркало то на пути А, то на пути Б) И в обоих случаях вижу пятна лазера(схожей интенсивности) на обоих экранах Д1 и Д2.
Ни разу не получилось, что Д1 есть, а Д2 нет.
- Да ну, не может быть, - Алекс взял протянутые туристом-любителем фотографии. - Зеркала на обоих путях установили?
- На обоих, Александр Ибрагимович. Как и было написано у Альберта Германовича.
- Ччёрт, Шура! Я вас поздравляю! Вы понимаете, что это значит? Физическое пространство в вашей лаборатории неинвариантно и анизотропно по отношении к остальной Вселенной!
- Официант! - взревел Алекс, взял со столика бутылку и разлил коньяк по бокалам... )
-- А вы, Александр Ибрагимович, видимо, теоретик !? -- вслух, накатывая рюмку коньяка. И тут же задумался о том, как много развелось в интернете диванных трепачей, которые сами ничего не делают и даже пересказать без перевирания не могут. Эх, за такими всё надо перепроверять...
- Шура, а напишите-ка статью, чем чёрт не шутит, а?
Алекс похлопал уже изрядно осовевшего Балаганова по плечу.
- Алик... йик... Аликсардын Ибрагимович, - заплетающимся языком начал Шура, - да я бы с радостью... но, увы... йик... языков не знаю, йик... )
-- Ну и компания у вас, АлексАрхивариус.
Вы там много не пейте. Вам послезавтра в архив, копаться в бумажках И, если ваш инвариантный Шурик напишет статью, то выкладывайте -- здесь всегда найдутся читатели и писатели. ;)))
п.с. Перешли на личности. Но заметьте, вы начали первым....
-- Да, но пути луча ставил преграду, чтобы прошёл только один луч(фотон-квант).
Я же вам говорил, что интерферометр М-Ц разноплечевой(с разными дистанциями в длинах волн). И если один луч(фотон) оказался в какой то момент на второй светоделительной пластине, то вероятность прихода в этот же момент второго луча(фотона) крайне мала из-за разброса пройденного пути. Т.е. выпуская одновременно два фотона, на светоделитель придет сначала один и полетит на детекторы, а потом второй тоже на детекторы. Это значит, что для одного (фотона) имею право проверять каждый путь по отдельности. И даже так срабатывают оба детектора !
- Постойте, Балаганов, что вы мне морочите голову? То есть, вы хотите сказать, что пропускали фотон сначала по одному пути и фиксировали срабатывание детекторов, а потом по другому?
Алекс подозвал официанта и заказал ещё бутылку. Судя по всему, разговор предстоял долгий. А меж тем часы на Спасской башне Кремля уже давно пробили полночь... )
-- Мне кажется, что ваш Балаганов слишком пьян и морочит нам головы, утверждая, что : "Одиночный фотон тот, который проходит по двум путям М-Ц одновременно. И если фотон пройдёт только по одному пути, то он почему-то уже неодиночный и его нельзя учитывать."
Это бред!
То есть, вы, наконец-то, схватили самую суть и удивились, как такое может быть?
Ну-с, и как же, по-вашему, это может быть?)
-- Не понял, вы начинаете переобуваться !?
Пусть ваш Шурик протрезвеет и на утро расскажет, что он думает по вашему изысканию в начале этой ветки.
Да нет же, просто я прошу вас придумать своё объяснение того факта, что детектор D1 никогда не срабатывает. Словно, что-то мешает фотону попасть в него... )
-- И еще замечание. На чём основан принцип работы ваших детекторов ?
Я к тому, что лучи после светоделительной пластины немного поляризуются во взаимно перпендикулярных направлениях, и значит снова неравны.
Поляризация фотонов показана стрелками. Каждое отражение под углом 90 градусов сдвигает фазу на... правильно, на 90 градусов и сдвигает. Таким образом, на втором полупрозрачном зеркале... "две половинки волновой функции фотона" в половине случаев встречаются в противофазе и гасят друг друга. То есть, происходит вычитающая интерференция. Ну или, что то же самое, деструктивная суперпозиция.)
Перспективный чат детектед! Сим повелеваю - внести запись в реестр самых обсуждаемых за последние 4 часа.
В вашем эксперименте вы словили эффект, аналогичный измерению поля излучения антенны в "ближней" и в "дальней" зоне. Интенсивность здесь не при чем.
А если еще точнее, вы имеете две "антенны" - области взаимодействия расходящегося пучка лазера с кромкой бритвы. Одна маленькая, когда бритва близко, другая большая, когда бритва дальше. Соответственно, у первой, "диаграмма напрвленности" (интерференционная картина, которую вы наблюдаете) широкая, а у второй - узкая .
Правда-правда?
И какая же ближняя зона у лазерного диода?
Страницы