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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Interferencia. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. En la antigüedad, al observar el comportamiento de la luz, pensaban que dos haces de luz, al cruzarse, seguían su propio camino como si nada hubiera pasado. Tales observaciones fortalecieron la creencia en la incorporeidad, la inmaterialidad de la luz. Pero, ¿es esto realmente lo que sucede? Newton fue el primero en organizar un experimento para observar la interacción o, como dicen los ópticos, la interferencia de los rayos de luz entre sí. Creó un espacio de aire en forma de cuña colocando una lente delgada (superficie convexa hacia abajo) en una placa de vidrio plana. Luego, el científico iluminó el espacio, primero con luz blanca y luego, a su vez, con otros rayos de colores principales. Newton notó que los rayos, reflejados desde los límites de vidrio de la cuña de aire, obviamente interactuaban entre sí. Cuando se iluminó con luz blanca, aparecieron anillos iridiscentes y de colores alternos en el espacio. Cuando los rayos de colores pasaron a través del espacio, previamente obtenido con la ayuda de un prisma, aparecieron anillos claros y oscuros en él. Newton dejó estos experimentos sin sus acostumbradas conclusiones detalladas. Al parecer, el científico decidió que existen fenómenos ocultos que requieren de una investigación adicional que él no pudo realizar. Solo en el siglo XIX, dos destacados investigadores, Jung y Fresnel, llegaron a la ciencia y "completaron" la construcción de la óptica clásica establecida por Newton. Thomas Young (1773–1829), científico versátil, médico de profesión, un hombre de intereses muy versátiles: gimnasta y músico, y también conocido como egiptólogo. Hay una historia interesante relacionada con él. A la edad de catorce años, se le pidió a Thomas que repitiera algunas frases en inglés para ver si podía escribir bien. El joven se quedó más tiempo de lo habitual en la sala de pruebas. El nuevo maestro de Thomas Young estaba listo para reírse de la incompetencia. Sin embargo, cuando el estudiante le entregó una hoja de papel, allí las frases dadas no solo se reescribieron, sino que también se tradujeron a nueve (!) Idiomas diferentes. En su primer trabajo sobre óptica, Jung demostró que el cristalino del ojo humano es un cristalino con curvatura variable. Músculos especiales estiran y comprimen el cristalino, lo que le permite obtener una imagen nítida de objetos distantes y cercanos en la retina. Jung tenía solo veinte años cuando realizó este examen opto-médico. La Royal Society inmediatamente lo eligió miembro. Para la mente crítica de Jung, la teoría de Newton parecía completamente insatisfactoria. Especialmente inaceptable, consideró la constancia de la velocidad de las partículas de luz, independientemente de si son emitidas por una fuente tan pequeña como una brasa ardiente, o una fuente tan grande como el Sol. Y, sobre todo, la teoría newtoniana de los "ataques" le parecía poco clara e insuficiente, con la ayuda de la cual Newton trató de explicar la coloración de placas delgadas. Después de reproducir este fenómeno y reflexionar sobre él, a Jung se le ocurrió una idea brillante sobre la posibilidad de interpretar este fenómeno como una superposición de la luz reflejada desde la primera superficie de una placa delgada y la luz transmitida a la placa, reflejada desde su segunda superficie y luego salió por la primera. Tal superposición podría conducir a un debilitamiento o fortalecimiento de la luz monocromática incidente. No se sabe exactamente cómo se le ocurrió a Jung su idea de superposición. Es probable que esto sucediera como resultado del estudio de los latidos sonoros, en los que se produce un aumento y disminución periódicos del sonido percibido por el oído. Sea como fuere, en cuatro trabajos presentados a la Royal Society de 1801 a 1803, combinados unos años más tarde en el trabajo recapitulativo "Curso de conferencias sobre filosofía natural y arte mecánico", publicado en Londres en 1807, Jung da los resultados de sus estudios teóricos y experimentales. Cita varias veces la frase XXIV del tercer libro de los Principia de Newton, en la que Newton explica las mareas anómalas observadas por Halley en el archipiélago filipino como resultado de la superposición de ondas. A partir de este ejemplo particular, Jung introduce el principio general de interferencia. "Imagínese una serie de ondas idénticas que atraviesan la superficie de un lago a cierta velocidad constante y entran en un canal estrecho que conduce a la salida del lago. Imagine además que, por alguna otra razón similar, otra serie de ondas de la misma magnitud está excitado, llegando a ese mismo canal a la misma velocidad simultáneamente con el primer sistema de ondas. Ninguno de estos dos sistemas perturbará al otro, pero sus acciones se sumarán: si se acercan al canal de tal manera que los vértices de un sistema de ondas coincide con los vértices del otro sistema, entonces juntos forman una colección de ondas de mayor magnitud, pero si las cimas de un sistema de ondas están ubicadas en los lugares de fallas de otro sistema, entonces llenarán exactamente estas fallas y la superficie del agua en el canal permanecerán uniformes, ligeras, ya esta superposición la llamo ley general de interferencia de la luz. Para obtener interferencia, ambos haces de luz deben provenir de la misma fuente (para que tengan exactamente el mismo período), después de pasar por un camino diferente, deben caer en el mismo punto, y también allí ir casi paralelos. Por lo tanto, continúa Jung, cuando dos partes de luz de origen común entran en el ojo por caminos diferentes, yendo casi en la misma dirección, el haz adquiere máxima intensidad, siempre que la diferencia en los caminos de los rayos sea igual a un múltiplo de algunos. cierta longitud, y tiene una intensidad mínima en el caso intermedio. Esta longitud característica es diferente para la luz de diferentes colores. En 1802, Jung reforzó su principio de interferencia con el experimento clásico "con dos agujeros", posiblemente influido por un experimento similar de Grimaldi, que, sin embargo, no condujo al descubrimiento de la interferencia debido a las peculiaridades de la instalación utilizada. La experiencia de Young es bien conocida: en una pantalla transparente, se perforan con la punta de un alfiler dos agujeros muy juntos, que son iluminados por la luz del sol que pasa a través de un pequeño agujero en la ventana. Dos conos de luz formados detrás de una pantalla opaca, que se expanden debido a la difracción, se superponen parcialmente, y en la parte superpuesta, en lugar de dar un aumento uniforme en la iluminación, forman una serie de bandas oscuras y claras alternas. Si se cierra un orificio, las franjas desaparecen y solo aparecen los anillos de difracción del otro orificio. Estas bandas también desaparecen cuando ambos agujeros son iluminados (como en el experimento de Grimaldi) directamente por la luz del sol o por una fuente de luz artificial. Invocando la teoría ondulatoria, Jung explica de forma muy sencilla este fenómeno. Allí se obtienen bandas oscuras, dice el científico, donde los buzamientos de las olas que han pasado por un agujero se superponen a las crestas de las olas que han pasado por el otro agujero, de forma que sus efectos se anulan entre sí; se obtienen bordes ligeros donde se suman dos crestas o dos buzamientos de olas que han pasado por ambos agujeros. Esta experiencia permitió a Jung medir la longitud de onda de varios colores: obtuvo una longitud de onda de 0,7 micras para la luz roja y de 0,42 micras para el violeta extremo. Estas son las primeras mediciones de la longitud de onda de la luz en la historia de la física, y cabe destacar su asombrosa precisión. A partir de su principio de interferencia, Jung dedujo una serie de consecuencias diferentes. Consideró el fenómeno de colorear capas delgadas. El científico los explicó hasta el más mínimo detalle. Jung derivó las leyes empíricas encontradas por Newton y, considerando constante la frecuencia de la luz de un color dado, explicó la compactación de los anillos en el experimento de Newton al reemplazar el espacio de aire entre lentes con agua por una disminución en la velocidad de la luz. en un medio más refractivo. Es interesante notar que Jung posee el término "óptica física", que se usa para referirse a estudios de "... fuentes de luz, la velocidad de su propagación, su interrupción y atenuación, su división en diferentes colores, la influencia de diferentes densidades atmosféricas en él, fenómenos meteorológicos relacionados con la luz, las propiedades especiales de ciertas sustancias en relación con la luz. El trabajo de Young, que representa la contribución más significativa a la teoría de los fenómenos ópticos desde la época de Newton, fue percibido con desconfianza por los físicos de la época, e incluso en Inglaterra fueron objeto de groseras burlas. Esto se debió en parte al hecho de que Jung trató de aplicar el principio de interferencia a fenómenos claramente de no interferencia, y en parte a cierta vaguedad de presentación, que todavía se siente ahora y que debe haberse sentido aún más en esos días, y en parte , como Jung reprochó más tarde Laplace, el hecho de que Jung a veces estaba satisfecho con experimentos insuficientemente rigurosos y, a veces, superficiales. Augustin Fresnel (1788–1827), un ingeniero de caminos que comenzó a interesarse por la ciencia relativamente tarde, también partió de la idea de la luz como un movimiento ondulatorio del éter. El "buen genio" de Fresnel, el académico Francois Arago, quien notó el talento sobresaliente del científico a tiempo y lo ayudó toda su vida, sin embargo, escribió en sus memorias: "Augustin Fresnel estudió tan lentamente que durante ocho años apenas podía leer ... Nunca sintió predilección por aprender idiomas, le disgustó el conocimiento basado en la mera memoria y memorizaba lo que se demostraba de manera clara y convincente. Al principio, Fresnel trabajaba en el desierto rural. No tenía idea de los experimentos de Jung, así que los repitió. Y Fresnel dio una explicación de cómo la luz se dobla alrededor de obstáculos similares a los de Jung. Más tarde, mientras ya trabajaba en París, Fresnel recibió ecuaciones matemáticas que describen con precisión los procesos ópticos que ocurren en el límite de dos medios ópticos diferentes. Varias fórmulas de Fresnel se utilizan con tanta frecuencia en el trabajo óptico que, sin duda, ocupan el primer lugar en este indicador. Para crear un patrón de interferencia, Fresnel propuso dirigir la luz del sol hacia una pantalla utilizando dos espejos colocados en un ligero ángulo entre sí. Un conocido científico, autor de muchos libros de texto universitarios sobre física, Robert Pohl propuso a una gran audiencia crear interferencias dirigiendo la luz sobre una delgada placa de mica. La luz reflejada por la placa incide en una pantalla grande, en la que las franjas de interferencia son claramente visibles. El fenómeno de la interferencia es muy utilizado en dispositivos denominados interferómetros. Los interferómetros pueden servir para una variedad de propósitos, por ejemplo, para controlar la limpieza de las superficies metálicas. Autor: Samin D.K.
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