ÀÍT 1999/¹4 Ë À Á Î Ð ÀÊÒÂÎ ÐÈß «ÊÂÀÍÒÀ» 40 Ïîëÿðèçàöèÿ ñâåòà. Ïðîñòåéøèå îïûòû À.ÌÈÒÐÎÔÀÍÎÂ Ñ ÅÉ×ÀÑ ÈÇÂÅÑÒÍÎ, ×ÒÎ ÑÂÅÒ ÝÒÎ ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû, ïðè÷åì âîëíû ïîïåðå÷íûå: áåãóùàÿ â ïðîñòðàíñòâå ñî ñêîðîñòüþ ñâåòà ñ ýëåêòðîìàãíèòíàÿ âîëíà ñ ÷àñòîòîé ν è äëèíîé âîëíû λ ( λ = c ν ) îïèñûâàåòñÿ âçàèìíî ïåðïåíäèêóëÿðíûìè âåêòîðàìè íà→ ïðÿæåííîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ E è → → ìàãíèòíîé èíäóêöèè B . Âåêòîðû E è → B ïåðïåíäèêóëÿðíû íàïðàâëåíèþ ðàñ→ ïðîñòðàíåíèÿ (ñêîðîñòè c ) è èçìåíÿþòñÿ âî âðåìåíè ñèíõðîííî. Çäåñü íàñ áóäåò èíòåðåñîâàòü âîïðîñ, êàê ýêñïåðèìåíòàëüíî óñòàíîâèòü, ÷òî ñâåò ýòî âîëíû ïîïåðå÷íûå, à íå ïðîäîëüíûå, ò.å. ïðîâåðèòü ñïðàâåäëèâîñòü ãèïîòåçû, âûñêàçàííîé, âèäèìî, âïåðâûå â 1757 ãîäó àíãëèéñêèì ôèçèêîì Ðîáåðòîì Ãóêîì (îíà áûëà ïîäòâåðæäåíà â äàëüíåéøåì â ðàáîòàõ Ò.Þíãà, Î.Ôðåíåëÿ, Äæ.Ê.Ìàêñâåëëà è äðóãèõ ó÷åíûõ). Ðàññìîòðèì ñíà÷àëà êëàññè÷åñêèé îïûò, êîòîðûé ïðè æåëàíèè ìîæíî ïîâòîðèòü ñàìèì. Ïðåäïîëîæèì, ÷òî ó íàñ åñòü ñòåêëÿííàÿ ïëàñòèíêà ñ ãëàäêîé ïëîñêîé ïîâåðõíîñòüþ PP ′ , ò.å. çåðêàëî (ðèñ.1). Ïóñòü óçêèé ëó÷ À îò êàêîãî-ëèáî ÿðêîãî èñòî÷íèêà, íàïðèìåð îò Ñîëíöà èëè ôîíàðÿ, ïàäàåò íà çåðêàëî è îòðàæàåòñÿ îò íåãî ( α óãîë ïàäåíèÿ ëó÷à íà çåðêàëî, îòñ÷èòûâàåìûé îò íîðìàëè ê çåðêàëó è ðàâíûé óãëó îòðàæåíèÿ). Äàëåå, ïóñòü îòðàæåííûé ëó÷ ÂÑ ïàäàåò íà âòîðîå òàêîå æå ñòåêëî NN ′ , êîòîðîå ìîæíî âðà- A P α N α C B P′ N′ D Ðèñ.1. Ñõåìà îïûòà Ìàëþñà ïî îòðàæåíèþ ñâåòà îò äâóõ ñòåêëÿííûõ ïîâåðõíîñòåé ùàòü âîêðóã îñè ÂÑ. Îêàçûâàåòñÿ, ÷òî ïðè îäíîì è òîì æå óãëå ïàäåíèÿ ëó÷à íà âòîðîå ñòåêëî èíòåíñèâíîñòü çåðêàëüíî îòðàæåííîãî ñòåêëîì ñâåòà çàâèñèò îò ïîëîæåíèÿ ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ ëó÷à (ïëîñêîñòè, ñîäåðæàùåé ëó÷ è íîðìàëü ê ïîâåðõíîñòè ñòåêëÿííîé ïëàñòèíêè, ïðîâåäåííóþ èç òî÷êè ïàäåíèÿ ëó÷à íà ïîâåðõíîñòü): åñëè ïëîñêîñòü PP ′ ïàðàëëåëüíà NN ′ , èíòåíñèâíîñòü îòðàæåííîãî ñâåòà íàèáîëüøàÿ, ïðè ðàçâîðîòå NN ′ íà ïðÿìîé óãîë èíòåíñèâíîñòü ìèíèìàëüíàÿ, à êîãäà óãîë ïàäåíèÿ ðàâåí ïðèìåðíî 56° (äëÿ ñòåêëà), ñâåò ïðàêòè÷åñêè íå îòðàæàåòñÿ îò âòîðîãî ñòåêëà. Ãåîìåòðèÿ ýòîãî îïûòà òàêîâà, ÷òî ïîïåðå÷íóþ àíèçîòðîïèþ îòðàæåíèÿ ìîæíî îáúÿñíèòü, òîëüêî ïðåäïîëîæèâ ïîïåðå÷íîñòü êîëåáàíèé â ñâåòîâîé âîëíå. Äëÿ ïðîäîëüíûõ âîëí ðàçâîðîò ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ âîêðóã îñè, ñîâïàäàþùåé ñ íàïðàâëåíèåì ïàäàþùåãî ëó÷à, íèêàê áû íå ñêàçàëñÿ íà èíòåíñèâíîñòè îòðàæåííîãî ñâåòà. Ïî÷åìó æå èçìåíÿåòñÿ èíòåíñèâíîñòü ñâåòà, îòðàæåííîãî îò âòîðîé ïëàñòèíêè? Åñòåñòâåííûé ñâåò (ó íàñ ýòî ñîëíå÷íûé ëó÷ èëè ëó÷ îò ôîíàðÿ) ñèììåòðè÷åí ïî îòíîøåíèþ ê íàïðàâëåíèþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ, ò.å. âñå íàïðàâ→ ëåíèÿ äëÿ âåêòîðà E â âîëíå ðàâíîâåðîÿòíû â ïëîñêîñòè, ïåðïåíäèêóëÿðíîé íàïðàâëåíèþ ðàñïðîñòðàíåíèÿ. Ãîâîðÿò, ÷òî åñòåñòâåííûé ñâåò íå ïîëÿðèçîâàí. Ïîïåðå÷íàÿ àíèçîòðîïèÿ ñâåòîâûõ âîëí, èëè ïî-äðóãîìó ïîëÿðèçàöèÿ ñâåòà, ïîÿâëÿåòñÿ, íàïðèìåð, ïðè åãî îòðàæåíèè, êàê â ðàññìàòðèâàåìîì íàìè îïûòå. Ïðè óãëå ïàäåíèÿ îêîëî 56° îòðàæåííàÿ ÷àñòü ñâåòà îêàçûâàåòñÿ ïî÷òè ïîëíîñòüþ ïîëÿðèçî→ âàííîé: ýëåêòðè÷åñêèé âåêòîð E â îòðàæåííîé ñâåòîâîé âîëíå çàíèìàåò îïðåäåëåííîå ïîëîæåíèå, à èìåííî îí ïåðïåíäèêóëÿðåí ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ ñâåòîâîãî ëó÷à íà ñòåêëÿííûé îáðàçåö. → Ïëîñêîñòü, ñîäåðæàùóþ âåêòîð E è âåêòîð íàïðàâëåíèÿ ðàñïðîñòðàíåíèÿ âîëíû, ïðèíÿòî íàçûâàòü ïëîñêîñòüþ ïîëÿðèçàöèè, à òàêîé ñâåò ëèíåéíî ïîëÿðèçîâàííûì èëè ïëîñêîïîëÿðèçîâàííûì. Àâòîðîì ðàññìîòðåííîãî îïûòà áûë ôðàíöóçñêèé ó÷åíûé Ýòüåí Ëóè Ìàëþñ. Ïîëÿðèçàöèþ ñâåòà ïðè îòðàæåíèè Ìàëþñ îáíàðóæèë âïåðâûå â 1808 ãîäó, êîãäà íàáëþäàë çà îòðàæåíèåì ñâåòà îò îêíà Ëþêñåìáóðãñêîãî äâîðöà â Ïàðèæå ñ ïîìîùüþ äâîÿêîïðåëîìëÿþùåãî êðèñòàëëà èñëàíäñêîãî èçâåñòêîâîãî øïàòà ( CaCO 3 ). Ýòîò êðèñòàëë ïîñëóæèë Ìàëþñó àíàëèçàòîðîì ïîëÿðèçàöèè. Ïðè ïîâîðîòå êðèñòàëëà âîêðóã íàïðàâëåíèÿ ëó÷à, îòðàæåííîãî ïîä áîëüøèì óãëîì îò îêíà, Ìàëþñ çàìåòèë, ÷òî èíòåíñèâíîñòü äâóõ ïîëó÷àþùèõñÿ èçîáðàæåíèé ïåðèîäè÷åñêè èçìåíÿåòñÿ. Ñëåäóåò ñêàçàòü, ÷òî èìåííî ñ îáíàðóæåíèÿ äâîéíîãî ëó÷åïðåëîìëåíèÿ (Ý.Áàðòîëèí, 1669ã.) âåäóò ñâîå íà÷àëî èññëåäîâàíèÿ, ïðèâåäøèå ê îòêðûòèþ ïîëÿðèçàöèè ñâåòà (Õ.Ãþéãåíñ, 1690 ã.).  1812 ãîäó øîòëàíäñêèé ôèçèê Äýâèä Áðþñòåð óñòàíîâèë çàêîí, ñâÿçûâàþùèé óãîë ïîëíîé ïîëÿðèçàöèè ïðè îòðàæåíèè ϕ Á (óãîë Áðþñòåðà) è êîýôôèöèåíò ïðåëîìëåíèÿ ìàòåðèàëà n: tg ϕ Á = n . Ñîãëàñíî ýòîìó çàêîíó, îòðàæåííûé è ïðåëîìëåííûé ëó÷è ïåðïåíäèêóëÿðíû äðóã äðóãó (ðèñ.2). Ïðè ýòîì äîñòèãàåòñÿ ïî÷òè ïîëíàÿ ïîëÿðèçàöèÿ äëÿ îòðàæåííîãî ñâåòà, à íàïðàâëåíèå âåê→ òîðà E â îòðàæåííîé ñâåòîâîé âîëíå, êàê ñåé÷àñ èçâåñòíî, ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëîñêîñòè ïàäåíèÿ. Çàêîí Áðþñòåðà íåïîñðåäñòâåííî ñëåäóåò èç ïðîñòûõ, ïðàâäà áîëåå ïîçäíèõ, ìîäåëüíûõ ïðåäñòàâëåíèé, îïèñûâàþùèõ ïðîõîæäåíèå ñâåòà ÷åðåç ïëîñêóþ ãðàíèöó âåùåñòâà. Ïî ýòèì ïðåäñòàâëåíèÿì, îòðàæåííàÿ îò ïðîçðà÷íîé èçîòðîïíîé ñðåäû ñ êîýôôèöèåíòîì ïðåëîìëåíèÿ n ñâåòîâàÿ âîëíà åñòü ðåçóëüòàò èçëó÷åíèÿ âûíóæäåííûõ êîëåáàíèé ýëåêòðîíîâ àòîìîâ ñðåäû, êîòîðûå ñòàíîâÿòñÿ èñòî÷íèêàìè JCϕÁ = n ϕÁ ϕÁ π 2 n Ðèñ.2. Îòðàæåíèå ñâåòà ïîä óãëîì Áðþñòåðà