Эфир есть! Часть 45. Поляризация света в интерферометрах..
Предисловие. 18 апреля 2022 г.
Это скорее всего не статья в закончено-логическом виде, а наброски по теме роли поляризации в работе интерферометров – эфирометров… Сначала, как всегда, тема показалась несложной, но в процессе изучения - открылась бездна вопросов и сторон, и они, наверное, не все на сегодняшний день решаемы в силу того, что до сих пор нет однозначного понимания что такое электромагнитные волны и в частности, что такое свет. А не зная что такое свет трудно понять , что такое поляризация, хотя то, что волна света при отражении в интерферометрах от стёкол, металла поляризуется - это удалось понять. А вот как взаимодействуют частично поляризованные волны с потоками эфира -неизвестно.. Поэтому интерферометрия - это , как многое в науке - в большей части ИСКУССТВО ))). Или результат сговора или договора учёный той или иной области.
Факт 1 (исторический). В сентябре 1983 года мне удалось побывать в Ужгороде на всесоюзной Школе по фотохимии (Школа проходила в Спортлагере Ужгородского госуниверситета «Скалка» на реке Уж.) Прочитано там было много лекция учёными со всего СССРа. Участвовали и академики (химии , физ-химии, фотохимии и т.п.). Запомнился один факт, когда встал с вопросом один из академиков, написавших по фотохимии пару толстых трактатов и во все услышание заявил, что типа «ВЫ меня можете считать дураком, но вот дойдя в науке до звания академика и написал много книг и статей. НО , я начал сомневаться , а существуют ли электроны.. вообще?» (текст примерный , передаю смысл). А интерферометры тогда использовались во всех почти отраслях науки и техники.
Факт. (предположение). Интерференционную картину рисуют обычно , как график максимумов и минимумов. И минимум касается оси ординат… ВСЁ обосновывается математическими расчётами. НО если посмотреть . на водную интерференцию на водной поверхности, то максимум там выше поверхности воды в спокойном состоянии, а минимумы - НИЖЕ уровня воды в покое.. То есть, распределение максимумов и минимумов в воде при интерференции колеблется и уравновешивается уровнем воды, неким уровнем физических условий , действующих на сам носитель волн.
А если посмотреть на фото или на видео , а желательно и своими глазами, на картину интерференции, которая получается у меня на экранах интерферометров-эфирометрах, которые представляют в основном или белую бумагу или белую крашенную жесть, то между красными Максимумами я вижу не белый фон экрана, а чёрную (тёмную полосу). За границами интерференционного пятна, картины я вижу белый фон экрана, а между полосами я не вижу этого белого фона, хотя весь белый экран освещается одинаково.. ПОЧЕМУ? В междумаксимальных частях интерференционной картины пропадает и фоновое освещение, проваливается как уровень максимума в воде..?? Этот провал освещенности возникает также из-за свойств среды-эфира, или это такое обман зрительного восприятия.
Как всегда полноцветную версию этой статьи с рисунками и таблицами ВЫ -Читатели можете увидеть на моей странице на сайте Изба-Читальня в формате ПДФ.
ВИдеоприложение : юстировочные работы на ЭП №6 - https://youtu.be/IbSZ4QQyC_c .Съёмка от 2 марта 2022 года. В конце видео получился интересный опыт, удалось настроить ЭП№6 так, что полосы не смещались, что даёт эффект отсутствия потоков эфира. Такой эффект был получен впервые почти за 2 года замеров. Этот видео более относится к следующей статье под номером 46, поскольку показано как работает жёлтое стекло
В следующей статье будет представлено видео работы с жёлтым, голубым, серым НС-4 стёклами и с монолитным поликарбонатом..
Многочисленные трактователи опытов Майкельсона, Майкельсона и Морли (часто эти опыты не различают) , а также последователи , которые продолжали поиски величины скорости земли в неподвижном эфире , да и сам Майкельсон никогда не говорят о поляризации лучей света в интерферометрах, которая происходит на светоделителе.. И, тем более, никто не говорит, как поляризация (полная или частичная) сказывается на интерференции..
Светоделитель, как и зеркала на концах измерительных плеч, в интерферометрах Майкельсона представляют собой стеклянные пластинки, которые с одной стороны покрыты тонким слоем серебра.. Как влияет серебро на лучи света в интерферометрах - тоже нигде не встречается..
Опыты Майкельсона (с эфиром) начались примерно в 1880 году. А поляризация - была уже давно известна: (Из сайта https://lampasveta.com/teoriya/polyarizatsiya-sveta можем узнать, что:
« В первый раз эксперименты (согласно ???) по поляризации света поставлены в 1690 г. Гюйгенсом (голландский ученый). Суть эксперимента в том, что ученый пропустил через исландский шпат световое излучение. При этом происходит поперечная анизотропия луча. Данное проявление получило название парное лучепреломление. Если кристаллик вращать сравнительно тенденции начальной полупрямой, так крутятся тот и другой луч при выходе из кристалла.
В 1809 г. французский инженер Малюс Э. открывает закон, после названный в его честь. В его экспериментах освещение поочередно пропускается посредством двух одинаковых пластин турмалина. Сияние направлялось вертикально плоскости кристалла турмалина, вырезанного параллельно зрительной оси. Если луч на своем пути встречает два препятствия в виде кристаллов турмалина, то насыщенность ??? интенсивность) прошедшего луча, изменяется от угла ; между осями по закону Малюса и выражается:
I=I_0 ;cos;^2;;
Шотландский физик Никол Уильям изобрел в 1828 году поляризатор. Это прибор для получения линейно-поляризованного света (призма Никола). Через одиннадцать лет осуществил совмещение таких призм в единый прибор, что широко применяется и сегодня.»
А к чему это? Спросите ВЫ…
А потому, что качество интерференции в интерферометрах и сама интерференция могут зависеть от взаимной поляризации волн, которые родившись на светоделителе, пройдя каждый дважды измерительные плечи, встречаются на посеребрённой поверхности светоделителя, обращённой в сторону экрана.
Большая Российская Энциклопедия (http://dev.bigenc.ru/physics/text/2015033) пишет :
«ИНТЕРФЕРЕ;НЦИЯ ПОЛЯРИЗО;ВАННЫХ ЛУЧЕ;Й, воз¬ни¬ка¬ет при сло¬же¬нии ко¬ге¬рент¬ных по¬ля¬ри¬зо¬ван¬ных све¬то¬вых волн (см. По¬ля¬ри¬за¬ция све¬та). И. п. л. впер¬вые изу¬ча¬лась в классических опы¬тах О. Фре¬не¬ля и Д. Ф. Ара¬го в 1816. Наи¬боль¬ший кон¬траст ин¬тер¬фе¬рен-ци¬он¬ной кар¬ти¬ны мож¬но на¬блю¬дать при сло¬же¬нии ко¬ге¬рент¬ных волн од¬но¬го ти¬па по¬ля¬ри¬за-ции (ли¬ней¬ных, кру¬го¬вых, эл¬лип¬ти¬че¬ских). Ин¬тер¬фе¬рен¬ция от¬сут¬ст¬ву¬ет для волн с ор¬то¬го-наль¬ны¬ми по¬ля¬ри¬за¬ция¬ми. И. п. л. мож¬но на¬блю¬дать в схо¬дя¬щих¬ся и па¬рал¬лель¬ных лу¬чах.»
Что означает, что в процессе интерференции сходящиеся лучи, должны быть поляризованы в одном направлении ( или вообще не поляризованы). НО, все лучи света, падающие на светоделитель интерферометров разделяются на частично поляризованный или полностью поляризованный ОТРАЖЁННЫЙ луч и на неполяризованный проходящий луч.. Причём , если угол между лучом отражённым и лучом проходящим составляет ровно 90 градусов, то отражённый свет будет полностью поляризован. Такой угол падения света на границу воздух-стекло называется «Углом Брюстера» в честь учёного обнаружившего этот эффект. Наиболее понятно об этом рассказывается в видео по адресу
Закон Брюстера
Основная информация Википедия
«Закон оптики, выражающий связь показателей преломления двух диэлектриков с таким углом падения света, при котором свет, отражённый от границы раздела диэлектриков, будет полностью поляризованным в плоскости, перпендикулярной плоскости падения. При этом преломлённый луч частично поляризуется в плоскости падения, и его поляризация достигает наибольшего значения. Угол падения, при котором отражённый луч полностью поляризован, называется углом Брюстера. При падении под углом Брюстера отражённый и преломлённый лучи взаимно перпендикулярны.»
Очень информативный рисунок приведен в работе https://wiki.fenix.help/fizika/ugol-bryustera
Рис.1 . Явление Брюстера вызвано поперечностью электромагнитной волны. Под влиянием падающей волны электроны вещества совершают колебания и излучают вторичные волны, которые накладываются на первоначальные колебания. На длине смещения происходит полная замена падающей волны волной, которую излучают электроны при своих колебаниях
.
У стекла коэффициент преломления n =1,52 , следовательно, для интерферометров на границе воздух-стекло Угол Брюстера равен тангенсу 1,52 = «Для видимого света в воздухе и типичном стекле угол Брюстера составляет около 57°, и около 16% s-поляризованного света, присутствующего в луче, отражается при каждом переходе воздух-стекло или стекло-воздух.» (Из википедии )
А у интерферометров Майкельсона углы отражения от светоделителя близки к Углу Брюстера и равны примерно 45 градусам. Это означает, что отражённые лучи частично поляризованы. (А в оригинальной схеме Майкельсона для проходящего луча вводится ещё одно компенсационное стекло, расположенное под углом 45 градусов.)
Получается, что лучи света в интерферометрах РАЗНЫЕ по скорости, по физическим свойствам, примерно может быть как оранжевый и жёлтый!!!
А) Отражённый луч на светоделителе ЧАСТИЧНО поляризован. Он проходит сквозь стекло светоделителя, отражается от слоя серебра, потом снова проходит стекло и выходит на воздух. Потом он проходит «оптический измерительный путь» до фиксированного зеркала, потом обратно до светоделителя. Входит в стекло, проходит слой серебра ( частично отразившись к источнику света), и только после этого - направляется к экрану (телескопу). Каково состояние поляризации перпендикулярного луча – неизвестно. А это точка, в которой начинается телесный конус интерференции… здесь перпендикулярный луч встречается с возвратившимся проходящим лучом.
Б) Проходящий луч, или часть прошедшего луча , вроде как не меняет в стекле светоделителя поляризации. (Хотя я думаю, что НИКТО не изучал вносит ли слой серебра какой-то вклад в поляризацию отражённой и проходящей части первоначального луча.) Проходящий луч проходит до отражающего зеркала второго измерительного плеча, обычно это настроечное (подстроечное зеркало, которым компенсируют все оптические известные и неизвестные помехи). Кроме этого, на пути этого луча стоит компенсационное стекло, которое луч проходит дважды: туда и обратно, но вроде как, по теории, проходя через ТРИ стекла прямой луч не меняет своей поляризации.
НО! По факту, два измерительных луча в интерферометре, считающиеся когерентными, имеют РАЗНЫЕ свойства по поляризации. И неизвестно, одинакова ли их скорость в одних и тех же условиях?
Кто-то проводил относительные замеры скорости полностью или частично поляризованного луча света в интерферометрах?? Известно, что, по данным ДВулучепреломления в Приложении 2 - скорости этих лучей неодинаковы в разных средах.
В интерферометрах Майкельсона частично поляризованный свет (перпендикулярный луч) ДВА раза из трёх проходит через стекло светоделителя в частично поляризованном виде, в то время когда проходящий луч ТРИЖДЫ проходит стекло в абсолютно неполяризованном виде… и только после этого луч попадает на светоделитель и отражается под углом 45 град, на экран(телескоп). Как при этом луч поляризуется? Если бы это было бы просто стекло, то понятно, что он поляризовался бы как и перпендикулярный луч. Но, на эту поверхность светоделителя химическим путём нанесён некий слой серебра. Какое влияние на поляризацию оказывает серебро при отражении от него луча света поляризованного частично и неполяризованного совсем??
Источник утверждает, что при отражении света от металлов образуется эллиптическая поляризация, обусловленная строением самого металла. А статья из «Справочника химика» напоминает, что металлы отличаются «характерным металлическим блеском» https://www.chem21.info/info/1182623/ . Мне пока нигде не удалось найти точного утверждения, что именно эллиптическая поляризации определяет металлический блеск.. но это вполне вероятно.
(Поскольку я в своих интерферометрах-эфирометрах применяю светоделители изготовленные из тонированного в массе стекла, и планирую попробовать светоделитель из тонированного поликарбоната, то, это позволяет мне работать с более одинаковыми, лучами , которые не поляризованы эллиптически. А в качестве отражательных зеркал используются обычные мебельные зеркала - стекло с алюминиевым напылением на задней стенке, которые отражают свет с углами падения близкими к нормали (0 град). Кроме того, тонированное стекло даёт сразу два отражённых луча (проходящий свет даёт чаще всего один луч) и поэтому на экране эфирометра я могу видеть двойную интерференционную картину в виде «ёлочки», две стороны которой при вращении эфирометра смещаются синхронно.)
Всё, сказанное выше , говорит том, что в теории интерферометров и интерференции есть ещё неисследованные области. Как-то мне в интернете встречалась статья математиков под руководством Гладышева В.О. из МГТУ им. Баумана , которые по гранту году в 2004 моделировали процессы прохождения света в интерферометре Майкельсона, но поляризационных сторон световых лучей они не затрагивали .
Ещё интересный источник :
Формулы Френеля
Огюст Френель был французским физиком, который разработал ряд формул, широко используемых по сей день. Они используются для расчета интенсивности и амплитуды отраженных и преломленных электромагнитных волн. Кроме того, они должны проходить через резкую границу между двумя средами с разными значениями преломления.
Все явления, которые соответствуют формулам французского физика, называются отражением Френеля. Но следует помнить, что все полученные закономерности верны только тогда, когда средние изотропны и граница между ними четкая. В этом случае угол падения всегда равен углу отражения, а величина преломления определяется по закону Снеллиуса.
важно, что когда свет падает на плоскую поверхность, может быть два типа поляризации:
p-поляризация характеризуется тем, что вектор напряженности электромагнитного поля лежит в плоскости падения.
поляризация s отличается от первого типа тем, что вектор интенсивности электромагнитных волн перпендикулярен плоскости, в которой лежат как падающие, так и отраженные лучи.
Френель вывел целый ряд формул, которые позволяют выполнять все необходимые вычисления.
Формулы для ситуаций с разной поляризацией разные. Это связано с тем, что поляризация влияет на характеристики луча и по-разному отражается. Когда свет падает под определенным углом, отраженный луч может быть полностью поляризован. Этот угол называется углом Брюстера, он зависит от преломляющих характеристик среды на границе раздела.
Говоря о которых! Отраженный луч всегда поляризован, даже если падающий свет не поляризован.
Честно говоря, у меня так и не сложилось понимание механизма поляризации, как и отражение.. Отражение - это переизлучение???? В нашем случае - от стекла или слоя металла. Распространение в воздухе, воде, стекле - это переизлучение? Тогда как свет распространяется в безвоздушном пространстве космоса? Что там переизлучает фотоны, свет??
Кто-то пишет-говорит, что переизлучают фотоны заряды, кто-то электроны..
Например, в книге В.А. Ацюковского «Эфиродинамика» -
«9.4. Оптические явления. (Стр. 434)
9.4.1. Отражение света
При отражении фотона от границы двух сред часть эфира каждой элементарной струйки фотона отражается, часть преломляется и попадает во вторую среду. Если второй средой является металл, то его поверхность покрыта так называемой
оболочкой из электронов, ориентированных попарно антипараллельно и
занимающих всю площадь поверхности (рис. 6.14).
В литературе механизм отражения возникновением вторичных волн, вызванных колебаниями электронов поверхности Ферми под воздействием падающего света. Однако, оснований для подобного утверждения нет. На самом деле, фотон будет отражен от такой поверхности по всем правилам обычного упругого удара [29], а вовсе не переизлучения, как это предполагается сейчас (см., например, [30, с. 45]).»
Приложение 1.
К теме дрейфа : «Нестационарная интерференция света (http://dev.bigenc.ru/physics/text/2015057)
«К ней от¬но¬сят¬ся све¬то¬вые бие¬ния, на¬блю¬даю¬щие¬ся при на¬ло¬же¬нии све¬то¬вых по¬лей разл. час¬тот. В этом слу¬чае воз¬ни¬ка¬ет бе¬гу¬щая в про¬стран¬ст¬ве ин¬тер¬фе¬рен¬ци¬он¬ная кар¬ти¬на, так что в за¬дан¬ной точ-ке про¬стран¬ст¬ва ин¬тен¬сив¬ность све¬та пе¬рио¬ди¬че¬ски ме¬ня¬ет¬ся во вре¬ме¬ни с час¬то¬той, рав¬ной раз¬но-сти час¬тот ин¬тер¬фе¬ри¬рую¬щих волн. Бие¬ния воз¬ни¬ка¬ют в обыч¬ных (не¬ла¬зер¬ных) схе¬мах И. с. при из-ме¬не¬нии во вре¬ме¬ни раз¬но¬сти хо¬да ин¬тер¬фе¬ри¬рую¬щих лу¬чей. При¬ме¬ром мо¬жет слу¬жить ин¬тер¬фе-ро¬метр Май¬кель¬со¬на с пе¬ре¬мен¬ной дли¬ной од¬но¬го из плеч. При пе¬ре¬ме¬ще¬нии вдоль лу¬ча све¬та од-но¬го из зер¬кал ин¬тен¬сив¬ность све¬та на вы¬хо¬де ин¬тер¬фе¬ро¬мет¬ра пе¬рио¬ди¬че¬ски ме¬ня¬ет¬ся, что мо¬жет слу¬жить сред¬ст¬вом из¬ме¬ре¬ния ско¬ро¬сти очень мед¬лен¬ных пе¬ре¬ме¬ще¬ний. Напр., при дви¬же¬нии зер-ка¬ла со ско¬ро¬стью 10–6 м/с ин¬тен¬сив¬ность све¬та ме¬ня¬ет¬ся с час¬то¬той ок. 4 Гц.»
Что понимал автор этой статьи в энциклопедии? Что такое «скорость очень медленных перемещений»? Что такое «интенсивность света меняется с частотой ок.4 Гц.»?? И как может двигаться медленно зеркало с интерферометре Майкельсона??
С точки зрения моего опыта речь может идти о дрейфе полос на интерференционной картине интерферометра, где:
Смена интенсивности – это есть смещение полос на экране интерферометра-эфирометра;
А медленное перемещение зеркала (зеркал) - это может получаться, если интерферометр находится в неподвижном состоянии (не вращается) , но за счёт суточного вращения Земли ( 50 градусов: 0.6428;1674=1076,0 км в час;60 градусов: 0.5;1674=837,0 км в час; Источник: ) или более 300 метров в секунду .. Тогда фактически оба отражающих зеркала двигаются со скоростью более , чем 10–6 м/с . Следовательно, смещение полос должно быть с очень большой частотой. Но по факту , я в своих экспериментах не вижу либо никакого смещения полос в покоящемся интерферометре, либо вижу дрейф полос , но со скоростью не более 10 секунд - одно полоса.
Приложение 2 ( из https://www.bog5.in.ua/lection/wave_optics_lect/lect5_wave.html )
Двойное лучепреломление
Все кристаллы, кроме кристаллов кубической система — изотропных кристаллов, являются анизотропными, то есть свойства кристаллов зависят от направления. Явление двойного лучепреломления впервые было обнаружено Барталином в 1667 г. на кристалле исландского шпата (разновидность СаСО3). Явление двойного лучепреломления заклю¬чается в следующем: луч света, падающий на анизотропный кристалл, разделяется в нем на два луча: обыкновенный и необыкновенный, распространяющиеся с разными скоростями в различных направлениях.
Анизотропные кристаллы подразделяются на одноосные и двуосные.
У одноосных кристаллов имеются одно направление, называемое оптической осью, при распространении вдоль которого не происходит разделения на обыкновенный и необыкновенный лучи. Любая прямая параллельная направлению оптической оси будет также являться оптической осью. Любая плоскость, проходящая через оптическую ось и падающий луч, называется главным сечением или главной плоскостью кристаллам.
Отличия между обыкновенными и необыкновенными лучами:
обыкновенный луч подчиняется законам преломления необыкновенный - нет;
обыкновенный луч поляризован перпендикулярно главной плоскости, плоскость поляризации необыкновенного луча перпендикулярна плоскости поляризованного обыкновенного луча;
кроме оптической оси обыкновенные и необыкновенные лучи распространяются в разных направлениях. Показатель преломления n0 обыкновенного луча постоянен во всех направлениях, следовательно, фазовая скорость обыкновенного луча постоянна во всех направлениях. Показатель преломления nе необыкновенного луча (Uф.е.) зависит от направления.
Различие скоростей Uо и Uе для всех направлений, кроме направ¬ления оптической оси, обуславливает явление двойного лучепреломления в одноосных кристаллах. У двуосных кристаллов имеется два направления, вдоль которых не происходит двойного лучепреломления.
Понятие обыкновенного и необыкновенного лучей имеет место пока эти лучи распространяются в кристалле, при выходе из кристалла эти понятия теряют смысл, то есть лучи отличаются только плоскостями поляризаций.
Природа двулучепреломления связана с тем, что обыкновенные и необыкновенные лучи имеют разные скорости, а так как , то для обыкновенного и необыкновенного лучей будут разные показатели преломления n0 и nе, а так как то можно сказать, что перво¬причиной двойного лучепреломления является анизотропия диэлектрич¬еской проницаемости кристалла. Кристаллы, у которых Vе < V0 (nе > n0) называются положительными, а у которых Vе > V0 ( nе < n0)называются отрицательными.
Приложение 3 из
Поляризация луча лазера.
Поскольку векторы и электромагнитной волны перпендикулярны друг другу и изменяются синхронно, для полного описания состояния поляризации светового пучка требуется знание поведения лишь одного из них. Обычно для этой цели выбирается вектор , который называют световым вектором.
Плоскость, в которой совершаются колебания светового вектора , называется плоскостью поляризации.
Отдельно взятый атом спонтанно излучает электромагнитную волну, для которой плоскость поляризации строго фиксирована. Но любое святящееся тело (например, нить электрической лампы) состоит из огромного числа частиц. Излучение любой из них никак не связано с излучением соседней, поэтому плоскость поляризации у каждой из них не зависит от соседней. В суммарном излучении, которое испускается таким телом, направление плоскости поляризации меняется беспорядочно, одновременно во всех направлениях, перпендикулярных световому лучу (рис. 2а). Такой свет называется естественным или неполяризованным. Типичный пример неполяризованного света – солнечное излучение, излучение ламп накаливания, ламп дневного света.
Свет, у которого направление колебаний светового вектора происходит в одной плоскости (рис. 2б) называется плоскополяризованным. Свет, в котором имеется преимущественное направление колебаний напряженности , но при этом имеются и другие направления колебаний, называют частично поляризованным.
Поляризованным является индуцированное излучение, генерируемое в лазерах – оптических квантовых генераторах, созданных в 1960 г. Индуцированным называется излучение возбужденных атомов вещества под действием падающего на него света. Особенность этого излучения заключается в том, что возникшая при индуцированном излучении световая волна не отличается от падающей на атом волны ни частотой, ни фазой, ни поляризацией, т.е. в суммарном излучении направление плоскости поляризации строго фиксировано. В отличие от обычных источников света, в лазерах атомы излучают свет согласованно, поэтому лазерное излучение является монохроматичным, когерентным и поляризованным.