История зеркал. От отражения в воде до космической оптики

Удивительно, но существуют зеркала, которые могут отражать материю – в физике они известны как атомные зеркала. Атомное зеркало отражает атомы вещества так же, как обычное зеркало отражает свет. Чтобы отразить нейтральные атомы, используются электромагнитные поля, хотя в некоторых зеркалах используется обыкновенная кремниевая вода. Отражение от атомного зеркала – это по существу квантовое отражение волн де Бройля. Оно работает для отражения нейтральных атомов, которые движутся медленно: такие атомы в основном отталкиваются от поверхности зеркала. Свойство может быть использовано для улавливания медленных атомов или фокусировки атомного пучка. Лучше работают ребристые атомные зеркала благодаря большей длине волн.

Зеркала отражают звук

Зеркала, отражающие звуковые волны, известны как акустические зеркала. Они применялись в Великобритании во время Второй мировой войны для обнаружения определённых звуковых волн, поступающих от вражеской авиации. Это было ещё до появления радара. Такие зеркала строились по всему побережью Великобритании, самые знаменитые из них до сих пор стоят в Денге, графство Кент. Просто так подойти к ним нельзя, доступ ограничен – увидеть зеркала можно только на специальной экскурсии. Единственное в мире акустическое зеркало за пределами Великобритании расположено в Мактабе на Мальте. Это одно из самых больших подобных зеркал в мире – его диаметр около 61 метра. На местном наречии зеркало также называют «Il widna», что в переводе означает «ухо». Местонахождение «Уха» не является секретом, но свободный доступ к нему закрыт.

Зеркала разделяют лучи света

Зеркала могут не только отражать свет, звук и материю – они также могут разделять лучи света.

Такая способность нашла применение в научных аппаратах, во многих светоделителях и большинстве научных приспособлений, в том числе в телескопах.

Стандартный светоделитель – это стеклянный куб, состоящий из пары призм, расположенных на единой основе. Когда свет проникает в устройство, половина фотонов продолжает двигаться по прежней траектории. Вторая меняет направление на 90°.

Зеркала измеряют расстояние

Расстояние от нас до Луны составляет примерно 384 403 км, и мы смогли узнать его благодаря зеркалам. Расстояние от Луны до Земли постоянно изменяется из-за того, что Луна вращается вокруг нашей планеты по эллиптической орбите. Расстояние от ближайшей точки орбиты Луны до Земли, известной как перигей, – всего в 363 104 км, а в апогее, самой дальней точке, это расстояние равно 406 696 км.

Астронавты программы «Аполлон» установили на Луне уголковый отражатель, который и использовался для вычисления расстояния от Земли до Луны. Уголковые отражатели – это зеркала особого типа, отражающие лазерный луч обратно в том направлении, откуда он пришёл. Эти лазерные лучи направляются на Луну с помощью огромных телескопов на Земле, и их отражённый свет позволяет ученым вычислить расстояние до Луны с точностью до трёх сантиметров.

Уголковые отражатели также увеличили наши знания о Луне. Например, они предоставили информацию о лунной орбите, и теперь нам известно, что спутник каждый год отдаляется от Земли примерно на 3,8 см. Эти данные даже были использованы для проверки теории относительности Эйнштейна.

Правдивые зеркала

То, что зеркало показывает ваше лицо «перевёрнутым», – это миф: ваше отражение не перевёрнуто, то, что вы видите – это левая сторона вашего лица слева от зеркала и правая сторона справа; поэтому и создаётся иллюзия, что ваше отражение перевёрнуто.

Тем не менее, существует так называемое нереверсивное, или правдивое зеркало – оно позволяет человеку видеть себя в зеркале точно так, как его видят другие люди. В первую очередь такие зеркала используются для нанесения макияжа.

Правдивое зеркало легко создать в домашних условиях: просто поставьте два обычных зеркала перпендикулярно друг к другу и посмотрите на своё отражение от объединения: правдивое зеркало даст вам 3D-отражение, которое двигается точно так же, как вы, а не плоское, как в обычном зеркале.

Эффект Казимира