Hvordan bøye lys?

Lys beveger seg ikke, under generelle omstendigheter, i rette linjer (selv om det gjør det i de vi vanligvis møter).

For det første er lys egentlig en bølge og kan bare tilnærmet betraktes som bestående av uavhengige formeringsstråler. Dette skjer når lysets bølgelengde er mye mindre enn avstandene det forplantes over, noe som vanligvis er tilfelle for lys (hvis bølgelengde i det synlige området er $ 0,4 $ til $ 0,7 \, \ mu \ textrm {m} $) men er ikke nødvendigvis tilfelle f.eks for radiobølger og når nanopartikler er involvert .

I dette kort bølgelengdegrense, bølgeforplantning viker for stråleforplantning (som er et spesielt omtrentlig tilfelle av førstnevnte), og spesifikt for Fermat «s prinsipp for matematisk beskrivelse av lys. Dette prinsippet sier at lysstråler som starter på $ A $ og ender på $ B $ vil følge stien som minimerer reisetiden $$ S = \ int_A ^ B n (s) \ textrm {d} s , $$ hvor $ n (s) $ er den (muligens romlig avhengige) brytningsindeks langs stien.

For et homogent medium gir dette faktisk rette linjer for forplantning. For et plan grensesnitt mellom to forskjellige medier det gir Snells lov for refraksjon og det beskriver også refleksjon. (Men fordi den ikke tar hensyn til lysets faktiske natur som et oscillerende elektrisk felt, kan denne beskrivelsen ikke forutsi overføring eller refleksjonskoeffisienter .

Men , hvis mediet ikke er homogent, vil lyset ikke reiser på en rett linje, og for kompliserte inhomogeniteter kan banen være tilsvarende vanskelig å beregne. For eksempel, se dannelsen av mirages eller mer generelt atmosfærisk refraksjon . Omvendt, hvis man har en vei man ønsker at en gitt lysstråle skal ta, er det mulig å konstruere en refraksjonsindeks romlig avhengighet som vil få lys til å bøye seg på den måten. (Selvfølgelig er det en annen sak om en slik avhengighet er fysisk rimelig. Hvis stien bøyer seg for skarpt, er det kanskje ikke mulig å finne materialer med korrespondansen. tøffende stor indeks og indeksgraderinger nødvendig.)

Vi bøyer lys hele tiden – ved hjelp av linser.

Lys bøyes når det går fra ett materiale til et annet på grunn av bevaring av momentum.

Snells lov beskriver hvordan lys bøyes.

Lys bøyes også når du reiser forbi massiv objekter – se på «gravitasjonslinsing» hvis du er interessert.

Lys kan effektivt bøyes inn i en parabolsk vei ved hjelp av materialer som har endret brytningsindeks. Dette gjøres i fiberoptikk ved hjelp av « gradert indeksfiber .»

Kommentarer

• beklager at jeg glemte å legge til parabolsk vei til det! Jeg har nå gjort det!
• Jeg ville ikke ' ikke si at lys uansett (effektivt eller ikke) er bøyd i de graderte indeksfibrene. Det ' er så misvisende som å tegne lysstrålerefleksjon i en trinnindeksfiber. I en rett gradert indeks enkeltmodusfiber sprer seg lys langs en rett linje fordi det danner en stående bølge i tverrretningen, så det er ingen forplantning.
• @texnic: men i multimode gradert indeks fibre som lyset følger en sinusformet bane.

For å generalisere alle de fine svarene her, kan vi bøy lys i nesten hvilken som helst form ved hjelp av optiske fibre eller fotoniske krystaller. Selv om det kan se kunstig ut, tilsvarer det i utgangspunktet alle andre metoder fordi det styres av de samme fysiske lovene.

Det er vist teoretiske løsninger på Maxwells ligninger der lysstråler kan vandre langs buede baner selv i vakuum. Jeg er absolutt ingen ekspert på dette feltet, så jeg vil ikke prøve å forklare noen teori, jeg husker bare å ha lest om studien. Du kan lese om det her: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . Eller prøv å google «Airy Beam»

Jeg godtar 16BitTons. Dens uttalte at lys beveger seg i rett linje, men på grunn av det enorme antallet optiske instrumenter vi bruker i dag, nemlig linser, speil, prismer osv. vi er i stand til å endre retning av lysets bevegelse, avvike den fra dens faktiske bane og dermed «bøye» den.Her vil jeg også foreslå at vi som i geometri vet at sirkel er en kombinasjon av et antall små rette linjer som sammenføyes for å danne den endelige formen. Prøv å ta trekant, firkant, femkant …, ikosagon, … og når du går opp høyere og høyere, har formen en tendens til å bli en sirkel mer. Hvis et lignende eksperimentelt oppsett kan ordnes for å forberede en del av kurven ved hjelp av en kombinasjon av et antall speil, og så blir lyset gjort innfallende fra den ene enden, så kan vi kanskje se «bøyningen» av lyset fra den andre enden.