Новый физический фейерверк

В некоторых случаях пятнышки двигаются, даже если наблюдатель неподвижен. Налейте в ложку не до краев обычного, не обезжиренного, молока и посмотрите на нее при ярком солнце. Вы увидите, что по краям, там, где глубина молока меньше, «танцуют» яркие цветные пятнышки. Если красное яблоко или помидор осветить красным светом гелиево-неонового лазера (длина волны 0,63 мкм), на их поверхности можно будет увидеть колеблющиеся пятнышки. В чем причина появления всех этих пятнышек?

ОТВЕТ • Узоры из пятен, их называют спеклами (от англ. speckle — «крапинка», «пятнышко»), являются результатом интерференции световых волн, отраженных от поверхности. Волны, падающие на поверхность, имеют примерно одинаковую фазу, но из-за шероховатости поверхности на микроскопическом уровне для отраженных волн это условие не выполняется. Итак, световые волны, отраженные от углублений на поверхности, проходят чуть более длинный путь до глаза наблюдателя, чем волны, отраженные от соседних приподнятых участков. Таким образом, в зависимости от условий отражения в данном месте отраженные световые волны приходят к глазу наблюдателя либо в фазе, либо не в фазе. Это значит, что они либо усиливают, либо гасят друг друга. Короче говоря, некоторые места на поверхности яркие, а другие нет.

При свете лампы подобные узоры из пятнышек не видны, поскольку испускаемый ею свет — результат случайного излучения электромагнитных волн атомами. Это значит, что освещающие поверхность световые волны в один момент времени могут быть в фазе, а в следующий момент — в противофазе. При этом узоры из пятнышек меняются так быстро, что заметить их невозможно, и, следовательно, мы видим просто равномерно освещенную поверхность. Чтобы увидеть пятнистую структуру, нужен когерентный источник света (излучающий волны примерно с одинаковым соотношением фаз). На практике это означает, что нужно использовать свет лазера.

Если зрение нормальное, кажущееся движение узора из пятнышек зависит от цвета, падающего на поверхность света. Это связано с тем, что в глазах световые волны разных цветов преломляются по-разному и поэтому кажется, что их источники находятся на разных расстояниях. Некоторые исследователи считают, что пятнышки, созданные лазером, можно использовать для проверки зрения, когда пациент, например маленький ребенок, не может назвать буквы на обычной таблице для проверки зрения.

«Танец» цветных пятнышек на молоке, вероятно, связан с движениями двух типов. Во-первых, по краю, где глубина молока маленькая, испарение приводит к возникновению циркуляции жидкости. Во-вторых, даже в отсутствие циркуляции молекулы участвуют в броуновском движении, сталкиваясь случайно друг с другом и с протеиновыми и жировыми глобулами молока. Слой молока должен быть тонким, иначе до того, как выйти из молока, свет рассеивается много раз, фазы волн становятся несогласованными, и не возникает интерференционной картины. В этом случае молоко кажется просто белым.

Возможно, подвижные пятнышки на боку яблока или помидора обусловлены слабым движением содержащихся в шкурке окрашенных образований (пластид). При их движении расстояние между ними и наблюдателем меняется, что изменяет картину интерференции рассеянных в направлении наблюдателя световых волн, а значит, и связанного с ней узора из пятнышек.

6.125. Цвета при свете люминесцентной лампы

Если при люминесцентном освещении вращать какой-нибудь предмет, например монету, можно заметить на ней бледные синие и желтые цвета. Проще всего это показать, если на темном фоне освещать вращающуюся монету одной люминесцентной лампой. Те же цвета проступают и на колеблющейся при люминесцентном освещении струне: ее размытые очертания бледно окрашены. Тонкий слой воды вокруг того места, где струя из крана ударяется о раковину, тоже выглядит цветным. С чем связаны эти цветовые эффекты?

ОТВЕТ • При работе люминесцентной лампы в заполненной парами ртути трубке происходит электрический разряд. При соударении с электронами атомы переходят в возбужденное состояние, а затем быстро возвращаются в основное состояние, излучая синий и зеленый свет, а также свет в ультрафиолетовом диапазоне. Ультрафиолетовое излучение поглощается люминофором, покрывающим трубку изнутри, затем в течение короткого времени он испускает световые волны. Когда хотят, чтобы свет лампы был белым, выбирают люминофор, который излучает главным образом волны, соответствующие красному и желтому цветам: смешиваясь со светом, исходящим от атомов ртути, они дают белый свет.