Prečni valovi

Dolgo časa so bili predniki valovne optike T. Jung in O. Fresnel vedel, da so svetlobni valovi vzdolžni, to so, kot zvočni valovi. V tistem času so bili svetlobni valovi zaznani kot elastični valovi v etru, ki zapolnjujejo ves prostor in prodirajo v vsako telo. Zdelo se je, da takšne valov ne moremo imenovati prečni.

Toda še vedno je bilo zbranih več eksperimentalnih dokazov in dejstev, ki jih ni bilo mogoče razložiti, ob predpostavki, da so svetlobni valovi vzdolžni valovi. Konec koncev transverzalni valovi lahko obstaja samo v trdnih snoveh. Toda kako se lahko telo premika v trdnem stanju brez upora? Eturom ni treba upočasniti gibanja teles. Konec koncev, drugače inercija prava ne bi bila izpolnjena.

Upoštevamo lahko en preprost in uporaben eksperiment s kristalom turmalina. Je prozoren in ima zeleno barvo.

Obstaja turmalinski kristal os simetrije. Ta kristal se šteje za enosmerne kristale. Vzemite pravokotno tablico turmalin, izrežite tako, da je eden od njegovih obrazov vzporeden z osjo kristala. Če je električna ali sončna svetloba običajno usmerjena na to ploščo, vrtenje plošče okoli nje ne bo povzročalo spremembe intenzitete svetlobe, ki prehaja skozi to ploščo. Obstaja občutek, da je bila svetloba pri prehodu v turmalin delno absorbirana in pridobila svetlo zeleno barvo. Nič drugega se ne zgodi. Ampak to je napačno. Val svetlobe pridobiva nove lastnosti.

Lahko jih zaznamo, če svetlobni žarek prehaja skozi isti drugi kristal turmalina, ki je vzporeden s prvim. Z isto smerjo osi obeh kristalov se tudi nič radovednega ne zgodi, le absorpcija skozi svetlobni snop se širi z drugim kristalom. Toda z vrtenjem drugega kristala, če je prvi nepremostljiv, se najde zanimiv fenomen, imenovan "lahka dušenja". V procesu povečanja kota med dvema določenima osema se nasičenost prenesenega žarka zmanjša. Ko sta dve osi med seboj pravokotni, svetloba sploh ne more prestopiti. V celoti bo absorbiral drugi kristal. Kako je to pojasnjeno?

Prečni svetlobni valovi

Iz opisa dejstev, prikazanih prej, sledi:

1. Prvič, svetlobni val, ki prihaja iz svetlobnega vira, je povsem simetričen glede na smer, skozi katero poteka razmnoževanje. Ko se ta kristal zavrti okoli kratkega svetlobnega pramena, se intenziteta prvega preizkusa ne spremeni.

2. Drugič, val, ki izhaja iz prvega kristala, ne bo imel aksialne simetrije. Intenziteta prenosa svetlobe skozi drug kristal je odvisna od njegove rotacije.

Vzdolžne valove se razlikujejo v popolni simetriji glede na smer razmnoževanja. Oscilacije vzdolžnih valov se pojavljajo vzdolž te smeri, to je nihanje in je os simetrije valovanja. Zato je razložiti izkušnje z vrtenjem drugega kristala, glede na val vzdolžne svetlobe, to ni mogoče: to so prečni valovi.

Izkušnje lahko v celoti razložite, pri čemer sta dve predpostavki:

Predpostavka številka ena neposredno nanaša na svetlobo: svetlobni valovi so prečni valovi. Toda v žarku svetlobnih valov, ki so prisotni iz svetlobnega vira, so prisotne oscilacije različnih smeri, ki so pravokotne na smer, po kateri se ta val razmnožuje. V tem primeru, ob upoštevanju te predpostavke, lahko sklepamo, da ima val svetlobe aksialna simetrija, hkrati pa prečni. Na primer, valovi na vodni površini nimajo take simetrije, ker vibracije delcev vode potekajo izključno v navpični ravnini.

Valovi svetlobe z oscilacijami v različnih smereh, ki so pravokotni na smer razmnoževanja, se imenujejo naravne. To ime je upravičeno, ker pri standardnih pogojih različni svetlobni viri ustvarjajo ravno takšne valove. To predpostavko razložimo z rezultati prvega preizkusa. Rotacija turmalinskega kristala ne spremeni nasičenosti prenesenega žarka svetlobe, ker ima ta incidentni val aksialno simetrijo, čeprav je to prečni val.

Druga predpostavka se nanaša na sam kristal. Tourmaline ima sposobnost prenesti valove svetlobe s fluktuacijami, ki se pojavijo v določeni ravnini. Ta svetloba se imenuje polarizirano (ali ravninsko polarizirano). To se razlikuje od naravnega, nepolariziranega.

Ta predpostavka je posledica druge izkušnje. Ploščato polarizirana svetloba (val) izhaja iz prvega kristala turmalina. Pri prehodu kristalov pod kotom devetdeset stopinj, val ne more preiti skozi drugo od njih. Če je kota presečišča drugačna, nihanja, amplituda ki bo enaka projekciji amplitude vala, ki poteka skozi prvo ploščo v smeri osi drugega. To je dokaz teorije, da so svetlobni valovi prečni valovi.