التغيرات الحاصلة للضوء عندما يكون في الماء

1997 عجائب الضوء والمادة تجريباً وتأويلاً

KFAS

التغيرات الحاصلة للضوء الفيزياء

وبعد هذا كله،  أريد الآن أن أحدثكم عن شيء مألوف لكم أكثر من الشبكات ، أقصد ما يحدث عندما يمر الضوء من الهواء إلى الماء.

سنضع المضاعف الفوتوني ، هذه المرة ، في الماء (نفترض أن المجرب سيجد طريقة لتفيذ ذلك). المنبع S في الهواء (شكل 29)، والكاشف D غاطس في الماء.

ومرة أخرى نستهدف حساب احتمال أن يذهب فوتون من المنبع إلى الكاشف. لأجل ذلك علينا أن نأخذ في الحسبان كل الطرق المتاحة للضوء.

إن كل طريق منها يعطي سهماً صغيراً؛ وكما في التجربة السابقة يكون لكل الأسهم طول واحد عملياً.

 

وهنا أيضاً سنرسم المنحنى الذي يصل بين النقط الممثلة لأزمنة السير على كل الطرق. إن هذا المنحنى يشبه تماماً ذلك الذي حصلنا عليه في حال الإنعكاس عن مرآة .

فهو ينطلق من  الأعلى،  ينزل حتى يبلغ نهاية صغرى، ثم يصعد إلى علو نقطة الإنطلاق. والإسهامات الهامة، في السهم الحصيلة،  تأتي من مناطق سطح الماء التي تقود إلى أسهم كلها ذات اتجاه واحد تقريباً ( يكون زمن السير عندئذ واحداً ، عملياً ، على مسارين متجاورين) ، أي من المنطقة المقابلة لنهاية المنحنى الصغرى. ولما كانت هذه النهاية الصغرى تتعلق بزمن أصغري، لا يبقى علينا سوى أن نجد الطريق ذا الزمن الأصغري.

 

الواقع أن الضوء يسير في الماء بأبطأ من سيره في الهواء (سأشرح لكم السبب في محاضرتي القادمة) ، وعلى هذا يستغرق في الماء زمناً أطول . ومن السهل أن نبحث في هذه الظروف عن الطريق ذي الزمن الأصغري .

تصور أنك مدرِّب في السباحة ، وقد أوكلت إليك قضية الأمان على الشاطئ . أنت في S ، وفجأة ترى فتاة جميلة مشرفة على الغرق في D (شكل 30) . فكيف تفعل لإنقاذها بالعجل ، علما أنك تركض على الرمل بأسرع مما تسبح في الماء؟.

تعود هذه  المسألة إلى تعيين نقطة الدخل في الماء بما يضمن أن تصل بأبكر ما يمكن إلى المسكينة المشرفة على الغرق.

 

واضح أنك لن تفكر في أن تهرع إلى النقطة A لتسبح بعدئذ كالمجنون من A إلى D . فهل يجب أن تتجه في خط مستقيم نحو المنكوبة ، أي أن تدخل في  الماء من النقطة J؟ كلا ليس هذا الطريق أيضاً بالطريق الذي يأخذ منك زمناً أصغرياً.

كما لا أتصور أن المنفذ سينتظر حتى يحسب الطريق ذا الزمن الأصغري قبل أن يهب لنجدة الفتاة . أما نحن  فنستطيع أن نحسب نقطة الدخول في الماء كي يكون الطريق من S إلى D ذا زمن أصغري.

فهذا الطريق لا بد أن يكون طريقاً وسطاً بين الخط المستقيم (المار ب J) والخط الذي يحوي أصغر مسافة في الماء (الماء المار ب N). وهذا أيضاً شأن الضوء: إنه يسلك الطريق ذا الزمن الأصغري، ذلك الذي يجعله يدخل في الماء عند نقطة، ولنقل L، واقعة بين J و N .

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]