Sự phân cực của ánh sáng

34

Ở đây trước tiên chúng ta phải làm rõ “sự trùng hợp” nghĩa là gì. Rốt cuộc, các electron liên tục chuyển động xung quanh hạt nhân. Đôi khi họ thậm chí còn nói rằng chúng bị “bôi nhọ” xung quanh lõi, tạo thành một đám mây. Và trung tâm của đám mây dấu ấn này chỉ trùng khớp với trung tâm của lõi dương và tại mỗi thời điểm riêng lẻ, chúng hơi lệch nhau một chút. Chỉ là tại một thời điểm, tâm của đám mây nằm ở một bên của tâm điện tích dương, còn tại thời điểm khác nó lại ở bên kia. Chúng ta có thể nói rằng trong trường hợp này, phân tử (hoặc nguyên tử) xuất hiện dưới dạng lưỡng cực liên tục xuất hiện và biến mất.

Nếu hai phân tử như vậy đến gần nhau ở một khoảng cách đủ nhỏ thì các lưỡng cực “nhấp nháy” này sẽ bắt đầu tác dụng lên nhau sao cho tại mỗi thời điểm, các điện tích trái dấu trong các phân tử khác nhau sẽ gần nhau hơn so với các phân tử giống hệt nhau. Lực hấp dẫn xuất hiện, ngày nay được gọi là lực van der Waals. Những lực này hóa ra yếu hơn đáng kể so với lực lưỡng cực.

Vì vậy, chúng tôi phát hiện ra rằng khi các nguyên tử hoặc phân tử đến với nhau, hiện tượng silipgeny xảy ra giữa chúng.

Điều gì xảy ra nếu các nguyên tử hoặc phân tử bị nén ngày càng nhiều? Người ta hiểu rằng sẽ luôn có một thời điểm khi lớp vỏ electron của các nguyên tử khác nhau bắt đầu chồng lên nhau. Kết quả là hiện tượng silipgenia sẽ phát sinh giữa các nguyên tử do “sự biến dạng” của chúng. Silipgenia của thành phố lớn hơn lưỡng cực-lưỡng cực và thậm chí còn lớn hơn cả Silipgenia Van der Waals, nên các nguyên tử luôn xuất hiện ở khoảng cách ngắn.

Lực hút ở khoảng cách lớn và lực đẩy ở khoảng cách nhỏ, tại đó lực hút và lực đẩy được bù đắp. Kích thước đặc trưng này xác định khoảng cách trung bình giữa các phân tử trong chất lỏng và chất rắn (trong chất khí, các phân tử thực tế không tương tác với nhau).

Sự tồn tại của các trạng thái tổng hợp khác nhau của vật chất (khí, lỏng và rắn) gắn liền với sự tương tác được mô tả ở đây. Đúng vậy, để mô tả các đặc tính của một hệ gồm một số lượng lớn các hạt (vật chất là gì), tốt hơn là sử dụng các năng lượng tương tác dễ hiểu chứ không phải lực. Do đó, nếu động năng của một phân tử lớn hơn nhiều so với năng lượng tương tác của nó với môi trường thì chúng ta có chất khí; nếu ít hơn nhiều thì đó là một vật rắn. Trong chất lỏng, các năng lượng này gần như bằng nhau.

E. E. Gorodetsky

Sự phân cực của ánh sáng

Các thủy thủ trở về từ Tây Ban Nha thường mang theo những viên đá khác thường - tinh thể của loại đá nổi tiếng. Những viên đá này, sau này được gọi là thạch anh, rất đáng chú ý về hình dạng và các đặc tính khác, nhưng chủ yếu là về đặc tính khúc xạ ánh sáng. Vì vậy, ví dụ, nếu một mảnh xà ngang được đặt trên một dòng chữ nào đó, thì qua đó bạn có thể thấy dòng chữ bị chia cắt (hình 1).

Năm 1669, nhà khoa học người Đan Mạch E. Bartholin đã báo cáo những kết quả thú vị từ thí nghiệm của ông với những tinh thể này. Hóa ra khi đi qua một tinh thể như vậy, một tia sáng được phân thành hai - bây giờ chúng được gọi là tia thường và tia bất thường. Các tia nói trên là hợp lý: tia thường hành xử theo cách tương ứng với các định luật khúc xạ ánh sáng đã biết, và tia bất thường dường như vi phạm các định luật này. Cụ thể, khi tia tới vuông góc với bề mặt tinh thể, tia thứ nhất đi qua tinh thể mà không bị khúc xạ, còn tia thứ hai bị khúc xạ (hình 2).

Vartolin đã tiến hành một nghiên cứu về hiện tượng khúc xạ kép mà ông đã phát hiện ra, đồng thời phát hiện ra rằng trong tinh thể có một hướng không đồng nhất mà chùm tia tới không tách rời.

35

tăng gấp đôi. Tuy nhiên, anh không thể tìm ra lời giải thích nào cho sự thật này.

Vài năm sau, phát hiện của Bartholin đã thu hút sự chú ý của nhà khoa học Inland H. Huygen. Sau khi lặp lại các thí nghiệm của Bartholin, anh ta còn tiến xa hơn, truyền cả hai tia phát ra từ một tinh thể thạch anh Inderland qua điểm thứ hai của cùng một tinh thể. Để xác nhận kết quả của các thí nghiệm, Huygens đã đưa ra khái niệm trục quang học của tinh thể (trên thực tế, trục này đã được Bartholin phát hiện trước đó). Ông gọi đó là hướng đã chọn trong tinh thể, dọc theo đó các tia cần thiết và tia bất thường truyền đi mà không bị phân tách.

Các thí nghiệm của Huygen cho thấy rằng trong trường hợp khi trục quang học của cả hai tinh thể song song và một tia sáng rơi vuông góc với mặt trước của tinh thể thứ nhất, thì khi đi vào tinh thể thứ hai, tia cần thiết và tia bất thường không bị tách thành hai (hình 3). Trong các trường hợp khác, cả hai chùm tia phát ra từ tinh thể thứ nhất lại có thể phân tách ở tinh thể thứ hai. Trong trường hợp này, cường độ của mỗi tia trong số bốn tia phụ thuộc nhiều vào góc giữa trục quang của tinh thể.

Phân tích kết quả thí nghiệm, Huygens, người tuân thủ lý thuyết sóng ánh sáng, đã đi đến kết luận rằng tia cần thiết và tia bất thường tương ứng với tốc độ truyền khác nhau trong tinh thể đang nghiên cứu. Tuy nhiên, Huygens đã bắt đầu từ sự tương tự giữa sóng âm thanh và sóng ánh sáng và coi sóng âm thanh, giống như sóng ánh sáng, là liên tục. Sự ảo tưởng này không cho phép anh ta giải thích một đặc điểm nào đó của thí nghiệm dây.

Hơn nhiều năm sau, vào năm 1808, nhà vật lý người Pháp E. Ma-

Người ta phát hiện ra hiện tượng khúc xạ kép khi ánh sáng bị phản xạ. Nhìn qua một tinh thể thạch anh Tây Ban Nha trong sự phản chiếu của mặt trời lặn trên cửa sổ của Cung điện Luxembourg ở Paris, Malos ngạc nhiên nhận thấy rằng hai hình ảnh tạo ra từ khúc xạ kép có độ sáng khác nhau. Đặc biệt, với một số tinh thể chỉ có thể nhìn thấy một hình ảnh.

Dựa trên thí nghiệm này và các thí nghiệm khác và dựa vào lý thuyết hạt ánh sáng của Newton, Malos đề xuất rằng các hạt, mà theo Newton, có bề ngoài giống với nam châm có cực, được định hướng ngẫu nhiên trong ánh sáng mặt trời, nhưng sau khi phản xạ từ bất kỳ bề mặt nào hoặc sau khi đi qua một tinh thể, chúng thu được một hướng nhất định. Ông gọi ánh sáng “có trật tự” như vậy là bị phân cực.

Chúng ta biết rõ rằng ánh sáng nhìn thấy là sóng điện từ ngang. Khi một sóng điện từ lan truyền trong không gian, vectơ hướng điện trường $\vec{E}$ và vectơ cảm ứng từ trường $\vec{B}$ dao động trong đó. Các vectơ này luôn vuông góc với nhau và nằm trong mặt phẳng vuông góc với phương truyền sóng. Ánh sáng trong đó các hướng dao động được sắp xếp theo một cách nào đó được gọi là ánh sáng phân cực. Nếu sự dao động của vectơ $\vec{E}$ luôn xảy ra trong một mặt phẳng, thì ánh sáng được cho là phân cực phẳng (hoặc phân cực tuyến tính), và bản thân mặt phẳng này được gọi là mặt phẳng phân cực.

Ánh sáng phát ra từ một nguyên tử bị phân cực toàn bộ. Tuy nhiên, bức xạ của một vật thể liên tục tối đa (Mặt trời, bóng đèn, v.v.) là tổng bức xạ của một số lượng lớn nguyên tử. Mỗi trong số chúng phát ra một sóng ánh sáng trong khoảng $10^{-8}$ s, và nếu tất cả các nguyên tử đều phát ra ánh sáng có độ phân cực khác nhau thì độ phân cực của toàn bộ chùm tia sẽ ít hơn trong cùng khoảng thời gian. Do đó, trong ánh sáng tự nhiên, các hệ số liên quan đến độ phân cực được lấy trung bình, và ánh sáng đó