Cum să apleci lumina?

Lumina nu circulă, în circumstanțe generale, în linii drepte (deși face acest lucru în cele pe care le întâlnim de obicei).

Pentru prima dată, lumina este într-adevăr o undă și poate fi considerată doar aproximativ ca fiind formată din raze care se propagă independent. Acest lucru se întâmplă atunci când lungimea de undă a luminii este mult mai mică decât distanțele pe care se propagă, ceea ce este de obicei cazul luminii (a cărei lungime de undă în intervalul vizibil este între 0,4 $ și 0,7 $ \, \ mu \ textrm {m} $), dar nu este neapărat cazul de ex pentru unde radio și atunci când sunt implicate nanoparticule .

În acest limită de lungime de undă scurtă, propagarea undei face loc propagării razelor (care este un caz special, aproximativ al primei) și în mod specific principiului Fermat pentru descriere matematică a luminii. Acest principiu afirmă că razele de lumină începând de la $ A $ și ajungând la $ B $ vor urma calea care minimizează timpul de călătorie $$ S = \ int_A ^ B n (s) \ textrm {d} s , $$ unde $ n (s) $ este indicele de refracție (posibil dependent de spațiu) de-a lungul căii.

Pentru un mediu omogen, acest lucru dă într-adevăr linii drepte pentru propagare. Pentru o interfață plană între două diferite medii pe care le oferă legea lui Snell pentru refracție și descrie și reflectarea. (Cu toate acestea, deoarece nu ține cont de natura reală a luminii ca un câmp electric oscilant, această descriere nu poate prezice coeficienți de transmisie sau reflexie .

Cu toate acestea, , dacă suportul nu este omogen, atunci lumina va nu călătoriți pe o linie dreaptă și, pentru neomogenități complicate, calea poate fi în mod corespunzător dificil de calculat. Pentru un exemplu, consultați formarea miraje sau mai general refracție atmosferică . În schimb, dacă cineva are o cale, dorește să o ia o anumită rază de lumină, atunci este posibil să proiectează o dependență spațială a unui indice de refracție care va face lumina să se îndoaie în acest fel. (Desigur, dacă o astfel de dependență este rezonabilă din punct de vedere fizic este o altă problemă; sunt necesari indicii și gradienții de index foarte mari.)

Îndoim lumina tot timpul – folosind lentile.

Lumina se îndoaie atunci când se trece de la un material la altul, datorită conservării impulsului.

Legea lui Snell descrie modul în care se îndoaie lumina.

Lumina este îndoită și atunci când călătorește pe lângă masiv obiecte – priviți în „lentile gravitaționale” dacă sunteți interesat.

Lumina poate fi eficient îndoită într-o cale parabolică folosind materiale care au un indice de refracție în schimbare. Acest lucru se realizează în fibră optică utilizând „ fibră cu index gradat .”

Comentarii

• îmi pare rău că am uitat să-i adaug calea parabolică! Acum am făcut asta!
• Nu aș spune ' că nu spun că lumina este oricum (efectiv sau nu) îndoită în fibrele cu indice gradat. Este ' la fel de înșelător ca să atragă reflexia razelor de lumină într-o fibră cu index de pas. Într-o fibră monomodală cu indice gradat drept, lumina se propagă de-a lungul unei linii drepte deoarece formează o undă staționară în direcție transversală, deci nu există propagare.
• @texnic: dar în index gradat multimod fibrele indei luminii urmează o cale sinusoidală.

Pentru a generaliza toate răspunsurile frumoase aici, putem îndoiți lumina în aproape orice formă folosind fibre optice sau cristale fotonice. Deși poate părea artificial, este practic echivalent cu toate celelalte metode, deoarece este guvernat de aceleași legi ale fizicii.

S-au arătat soluții teoretice la ecuațiile lui Maxwell în care fasciculele de lumină pot călători de-a lungul traiectoriilor curbate chiar și în vid. Cu siguranță nu sunt un expert în acest domeniu, așa că nu voi încerca să explic vreo teorie, îmi amintesc doar că am citit despre studiu. Puteți citi despre aceasta aici: http://physics.aps.org/articles/v5/44 . Sau încercați să căutați „Airy Beam”

Sunt de acord cu 16BitTons. S-a afirmat că lumina călătorește în linie dreaptă, dar datorită numărului mare de instrumente optice pe care le folosim astăzi, și anume lentile, oglinzi, prisme etc. suntem capabili să schimbăm direcția mișcării luminii, să o abatem de la calea sa reală și, prin urmare, să o „îndoim”.Aici aș sugera, de asemenea, că, la fel ca în geometrie, știm că cercul este o combinație a unui număr de linii drepte mici unite între ele pentru a forma forma finală. Încercați să luați triunghi, pătrat, pentagon ….., icosagon, … și pe măsură ce urcați din ce în ce mai sus, forma tinde să devină mai mult un cerc. Dacă o configurație experimentală similară poate fi aranjată pentru a pregăti o parte a curbei folosind o combinație a unui număr de oglinzi, iar apoi lumina este făcută incidentă de la un capăt, atunci putem fi capabili să vizualizăm „îndoirea” luminii de la celălalt capăt.