Hogyan hajlítsuk meg a fényt?

A fény általában nem egyenes vonalban halad (bár ezt teszi azokon, amelyekkel általában találkozunk).

Egyrészt a fény valóban hullám, és csak megközelítőleg úgy gondolhatjuk róla, hogy függetlenül terjedő sugarakból áll. Ez akkor történik, amikor a fény hullámhossza jóval kisebb, mint a terjedő távolságok, ami általában a fény esetében van (amelynek hullámhossza a látható tartományban 0,4 USD és 0,7 USD között van, \ mu \ textrm {m} $), de nem feltétlenül áll fenn pl rádióhullámok és esetén, amikor nanorészecskék vannak jelen .

Ebben rövid hullámhossz-határ, a hullámterjedés utat enged a sugárterjedésnek (ami az előbbiek speciális, hozzávetőleges esete), és kifejezetten a Fermat elvéhez . a fény matematikai leírása. Ez az elv azt állítja, hogy a $ A $ -tól kezdődő és $ B $ -ig tartó fénysugarak követik azt az utat, amely minimalizálja az utazási időt $$ S = \ int_A ^ B n (s) \ textrm {d} s , $$ ahol $ n (s) $ az útvonal mentén elhelyezkedő (esetleg tértől függő) törésmutató.

Homogén közeg esetében ez valóban egyenes vonalakat ad a terjedéshez. Különböző adathordozók ad Snell törésbeli törvényét , és leírja a reflexiót is. (Mivel azonban ez nem veszi figyelembe a fény, mint oszcilláló elektromos mező tényleges természetét, ez a leírás nem tudja megjósolni az átviteli vagy visszaverődési együtthatókat .

Azonban , ha a közeg nem homogén, akkor a fény nem halad egyenesen, és bonyolult inhomogenitások esetén az utat ennek megfelelően nehéz lehet kiszámítani. Például lásd: délibáb vagy általánosabban légköri törés . Fordítva: ha van egy útja, azt szeretné, ha egy adott fénysugár haladna, akkor lehetséges olyan fénytörési indexű térbeli függőséget tervez, amely a fényt így meggörbíti. (Természetesen az, hogy egy ilyen függőség fizikailag ésszerű-e, más kérdés; ha az út túl élesen meghajlik, akkor előfordulhat, hogy nem lehet anyagot találni a elgondolkodtatóan nagy index- és indexgradiensek szükségesek.)

A lencsék használatával folyamatosan hajlítjuk a fényt.

A fény meghajlik, ha egyik anyagról a másikra megy, a lendület megőrzése miatt.

Snell törvénye írja le, hogy a fény hogyan hajlik.

A fény akkor is hajlik, ha hatalmas tömeg mellett halad tárgyak – vizsgálja meg a “gravitációs lencsét”, ha érdekli.

A fény hatékonyan hajtható parabolikus pályára olyan anyagok felhasználásával, amelyek változó törésmutatóval rendelkeznek. Ez a száloptikában “ osztályozott indexű szál használatával történik.”

Megjegyzések

• sajnálom, hogy elfelejtettem hozzáadni a parabolikus utat! Most megtettem!
• Nem mondanám, hogy ' nem mondanám, hogy a fény mindenesetre (hatékonyan vagy sem) hajlik a osztályozott indexű szálakban. ' ugyanolyan megtévesztő, mint a fénysugár visszaverődése egy lépésindex-szálban. Egyenes fokozatú indexű egymódusú szálban a fény egyenes mentén terjed, mert keresztirányban álló hullámot képez, tehát nincs terjedés.
• @texnic: de többmódusú gradált indexben szálakkal a könnyű indi szinuszos utat követ.

Az itt található összes szép válasz általánosításához fényt szinte bármilyen formában hajlíthat optikai szálak vagy fotonikus kristályok segítségével. Bár mesterségesnek tűnhet, alapvetően egyenértékű minden más módszerrel, mert ugyanazok a fizikai törvények szabályozzák.

Elméleti megoldásokat mutattak be Maxwell-egyenletekre, ahol a fénysugarak görbe pályákon is képesek haladni vákuumban is. Biztosan nem vagyok szakértő ezen a téren, ezért semmilyen elméletet nem próbálok megmagyarázni, csak emlékszem, hogy olvastam a tanulmányról. Itt olvashat róla: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . Vagy próbálja meg google-ba keresni az “Airy Beam”

Elfogadom a 16BitTont. Megállapította, hogy a fény egyenes vonalban halad, de a napjainkban használt hatalmas számú optikai eszköz, nevezetesen lencsék, tükrök, prizmák stb. képesek vagyunk megváltoztatni a fény mozgásának irányát, eltérni a tényleges útjától, és ezért “meghajlítani”.Itt azt is javasolnám, hogy a geometriához hasonlóan tudjuk, hogy ez a kör számos kis egyenes kombinációja, amelyek össze vannak kötve a végleges alakzat kialakításáért. Próbáljon meg háromszöget, négyzetet, ötszöget ….., ikozagonot … és ahogy egyre feljebb megy, az alak inkább körré válik. Ha hasonló kísérleti elrendezéssel elrendezhető a görbe egy részének előállítása számos tükör kombinációjával, majd a fény az egyik végéből beesik, akkor láthatjuk a fény “hajlítását” a másik végéből.