Skersinės bangos
Ilgą laiką bangų optikos protėviai T. Jungas ir O. Fresnelis žinojo, kad šviesos bangos yra išilginės, tai yra, jie yra kaip garso bangos. Tuo metu šviesos bangos buvo suvokiamos kaip elastinės bangos eteryje, kurios užpildo visą erdvę ir įsiskverbia į kiekvieną kūną. Atrodė, kad tokios bangos negali būti vadinamos skersai.
Tačiau vis daugiau ir daugiau eksperimentinių įrodymų ir faktų buvo sukaupta, kurios negalėjo būti paaiškintos, darant prielaidą, kad šviesos bangos yra išilginės bangos. Galų gale skersinės bangos gali egzistuoti tik kietosiose medžiagose. Bet kaip gali kūnas judėti kietu be rezistencijos? Eteris neturi sulėtinti kūnų judėjimo. Priešingu atveju, inercijos įstatymas nebūtų įvykdytas.
Galima apsvarstyti vieną paprastą ir naudingą eksperimentą su turmalino kristalais. Tai skaidrus ir žalios spalvos.
Turmalino kristalas turi simetrijos ašį. Šis kristalas laikomas vienašaliais kristalais. Paimkite keturkampio turmalino plokštę, iškirpkite taip, kad vienas jo veidas būtų lygiagrečiai pačiai kristalo ašiai. Jei elektra ar saulės spinduliai paprastai nukreipiami į šią plokštę, tada plokštės sukimas aplink jį nesikeis šviesos intensyvumui, kuris eina per jį. Yra jausmas, kad šalta šviesa turmalinas buvo iš dalies absorbuojamas ir įgavo šviesiai žalią spalvą. Nieko kito nevyksta. Bet tai klaidinga. Šviesos banga įsigyja naujas savybes.
Jie gali būti aptikti, jei šviesos pluoštas praeinaper tą patį antrąjį turmalino kristalą, kuris lygiagretus su pirmuoju. Tuo pačiu dviejų kristalų ašių kryptimi nieko neįdomu, bet šviesos spindulys vis labiau susilpnėja dėl absorbcijos, praeinant per antrąjį kristalą. Tačiau, kai antrasis kristalas sukasi, jei pirmasis išliks nepakitęs, atskleis įdomus reiškinys, vadinamas "lengvu išnykimu". Didinant kampą tarp dviejų ašių, perduodamo šviesos spindulio prisotinimas mažėja. Kai dvi ašys statmenos vienas kito atžvilgiu, šviesa vis tiek negali praeiti. Jis bus visiškai įsisavinamas antrojo kristalo. Kaip tai paaiškinta?
Skersinės šviesos bangos
Iš anksčiau pateiktų faktų aprašymo jis nurodo:
1. Pirma, šviesos banga, kuri gaunama iš šviesos šaltinio, yra visiškai simetriška atsižvelgiant į kryptį, kurioje ji plinta. Kai šis kristalas pirmame eksperimente buvo pasuktas aplink šviesos spindulį, jo intensyvumas nepasikeitė.
2. Antra, iš pirmojo kristalo atsiradusios bangos nebus ašine simetrija. Perduotos šviesos intensyvumas per kitą kristalą priklauso nuo jo sukimosi.
Išilginės bangos yra visiškai simetriškospalyginus su sklidimo kryptimi. Išilginių bangų svyravimai vyksta tokia kryptimi, šis svyravimas yra bangos simetrijos ašis. Štai kodėl eksperimentą su antrojo kristalo sukimu negalima paaiškinti, atsižvelgiant į šviesos bangą išilgai: tai yra skersinės bangos.
Patirtis gali būti visiškai paaiškinta darant dvi prielaidas:
Įsivaizduokite numeris vienastiesiai į šviesą: šviesos bangos - skersinės bangos. Tačiau šviesos bangų šviesos srautu, kylančiu iš šviesos šaltinio, yra įvairių krypčių svyravimai, kurie yra statmenai krypčiai, kurioje banga sklinda. Tokiu atveju, atsižvelgiant į tokią prielaidą, galime daryti išvadą, kad šviesos banga turi ašinę simetriją, tuo pat metu yra skersai. Pvz., Bangos ant vandens paviršiaus neturi panašios simetrijos, nes vandens dalelių svyravimai būna tik vertikalioje plokštumoje.
Šviesos bangos su įvairiais vibracijomiskryptis, kurios yra statmenos platinimo kryptims, vadinamos natūralios. Šis pavadinimas yra pateisinamas, nes standartinėmis sąlygomis skirtingos šviesos šaltiniai sukuria tik tokias bangas. Ši prielaida paaiškinama atlikto pirmojo eksperimento rezultatais. Turmalino kristalo sukimas nekeičia perduotos šviesos pluošto soties, nes ši bangos banga turi ašinę simetriją, net jei ji yra skersine banga.
Antroji prielaida yra susijusi su pats kristalas. Turmalinas turi savybę perteikti šviesos bangas su svyravimais, atsirandančiais tam tikroje plokštumoje. Ši šviesa vadinama poliarizuota (arba plokštumos poliarizuota). Jis skiriasi nuo natūralaus, nepolarizuoto.
Ši prielaida paaiškinta antrąja patirtimi. Planarinė poliarizuota šviesa (banga) kyla iš pirmojo turmalino kristalo. Kai kerta kristalus per devyniasdešimt laipsnių kampu, banga negali praeiti per antrą iš jų. Jei kryžmės kampas skiriasi, tada pasikeis svyravimai, kurių amplitudė bus lygi bangos, pasklusią per pirmąją plokštę, projekcija antrosios ašies kryptimi. Tai teorijos įrodymas, kad šviesos bangos yra skersinės bangos.
