Учебник - Общий курс физики. Оптика - Сивухин Д.В. (1238764), страница 62
Текст из файла (страница 62)
Метод Липпмана не получил распространения. Современная техническая цветная фотография основана на прин- 256 ИНТЕРФЕРЕПЦИЯ СВЕТА ;гл гп ципе светофильтров — использовании соответствующих красящих пигментов, вводимых в эмульсию фотопластинок. Нейхаусс в конце 90-х годов прошлого века на опыте убедился в слоистой структуре пленок Липпмана. Была получена по методу Липпмана фотография в красном свете. После этого пленка была отделена от стекла и произведен поперечный разрез ее.
Затем была получена микрофотография одного из разрезов пленки с увеличением в 1000 раз. На микрофотографии было видно около десяти темных полос, чередовавшихся со светлыми. Темные полосы получились в местах отложения металлического серебра. Расстояние между серединами темных полос получилось =350 нм. Необходимо заметить, что никакой микроскоп не позволяет различить детали предмета, много меньшие длины световой волны. Успех опыта отчасти определялся тем, что пленка заметно разбухла при обработке до ее разрезания. Кроме того, разрез производился в косом направлении.
2 38. Излучение Вавилова — Черенкова 1. Интерференция света — отнюдь не редкое явление, как это может показаться с первого взгляда. По существу все, что связано с распространением света в веществе, относится к классу явлений интерференции. Действительно, световая волна, падая на среду, возбуждает электрические колебания в атомах и молекулах. Вследствие этого эти частицы начинают излучать вторичные электромагнитные волны, также воздействующие на атомы и молекулы среды. Падающая волна и возбужденные ею вторичные волны интерферируют, и этой интерференцией определяются все особенности распространения света в среде.
Действие линзы и вогнутого зеркала можно рассматривать также как интерференционный эффект. Действительно, возмущения от точечного источника, если они попадают на различные участки линзы, в дальнейшем распространяются по различным путям вдоль лучей к фокусу. Так как оптическяе длины всех лучей от источника до фокуса одинаковы, то возмущения приходят в фокус в одинаковых фазах и при наложении усиливают друг друга.
Этим интерференционным эффектом и объясняется фокусирующее действие линзы. Если бы при своем распространении световые возмущения строго следовали законам лучевой (геометрической) оптики, то в фокусе получилась бы бесконечная интенсивность светового поля. То обстоятельство, что этого не происходит, связано с отступлениями от геометрической оптики н прежде всего с дифракцией. 2. Рассмотрим более интересный пример. Допустим, что в прозрачной однородной среде движется электрон или какая-либо другая заряженная частица о постоянной скоростью 1!.
Своим 257 ИЗЛУЧЕНИЕ ВАВИЛОВА — ЧЕРЕНКОВА 4 Зв! Если точка Р удалена достаточно далеко, то АР— ВР = АС = ! ссид ! = АВ соз 4), так что М=А — ~. Так как по предполо- ,!' с жению о( у', то существует угол д, удовлетворяющий условию с 1 созд = ир ' (38.1) где !! — = 1~!с, а и = с,'о — показатель преломления среды.
Гслп это условие выполнено, то все волны придут в точку Р одноврсчг!!Ио, какова бы ни была длина отрезка АВ. В этом случае при интерференции произойдет взаихшое усиление их. Во всех других случаях путь электрона можно разбить на такие огрезки, чтобы от крайних точек каждого из Них волны приходили в точку Р с разностью хода А. Волны, приходящие от всех точек каждого из таких отрезков, полностью погасят друг друга из-за интерференции. Следовательно, то же произойдет с волнамп, приходящими от всех точек среды, лежащих на пути движения электрона.
Таким образом, в направлениях, определяемых условием (38.1), электрон (точнее— среда, В которой он движется) будет излучать электромагнитные волны, а в остальных направлениях излучения не будет. Такое излучение экспериментально было обнаружено в 1934 г., а затем подробно исследовано П. А. Черенковым (р. 1904), в то ~реми аспирантом С. И. Вавилова (1891 — 1951). Черенков показал, что все без исключения жидкие и твердые тела при прохождении через них быстрых электронов, помимо флуоресценции, имеющей место в некоторых случаях, всегда испускают слабый видимый полем движущийся электрон возбуждает атомы и молекулы среды, и они становятся центрами излучения электромагнитных волн.
При равномерном движении электрона эти волны когеренвны и могут интерферировать между собой. Если скорость электрона У больше фазовой скорости света в среде о, то волны, исходящие от электрона в Я и Л различные моменты времени, при опре- а деленных условиях могут приходить в точку наблюдения одновременно. С Действительно, пусть А и В (рис, 148) — точки, через которые электрон проходил в моменты времени г! и соответственно. На прохождение рас-- Р стояния АВ электрон затратил время Рис. 148. г, — Г, = АВ'Г. В точку наблюдения Р волны из А и В придут в моменты времени 1, + А Р(о и гз + ВР~о. Разность этих времен равна ( „) АР— ВР АВ АР— ВР =.и ! У 1' 258 ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ СВЕТА !Тл. и! свет с непрерывным спектром. Свечение частично поляризовано, причем электрический вектор лежит преимущественно в плоскости, образованной световым лучом излучения и направлением движения электрона.
Излучение направлено главным образом вперед й мак. симально вдоль образующих конуса, ось которого задается напра. влением движения электрона, а угол при вершине 26 определяется формулой (38.1). Свечение не удается потушить ни температурным воздействием, ни прибавлением к светящейся среде веществ, тушащих флуоресценцию. Попытки определения времени йахождения излучающих атомов и молекул в возбужденном состоянии показали, что зто время равно нулю: свечение прекращается одновременно с прекращением прохождения электронов через среду. Эти особенности свечения привели С. И. Вавилова к заключению, что оно не является люминесценцией, для которой характерна конечная длительность свечения.
Ввиду очень слабой яркости свечения, Черенков при количественных измерениях в большинстве случаев применял метод Вази. лова фотометрирования по порогу зрения. В дальнейшем было показано, что свечение вызывается также протонами, мезонамн и другими быстрыми заряженными частицами. Свечение, вызываемое радиоактивными излучениями, было известно и ранее, но оно во всех случаях неправильно считалось одним нз видов люминесценции.
3, Ведущая роль в руководстве экспериментальными исследованиями, направленными на выяснение природы свечения, принадлежит С. И. Вавилову. Качественное объяснение явления излучения Вавилова — Черенкова, приведенное выше, было дано И. Е. Таммом (1895 — 1971) н И. М. Франком (р. 1908) в 1934 г. Тогда же ими была создана и количественная теория, согласующаяся с наблюдаемыми фактами. Несколько позднее, в 1940 г., В. Л. Гинзбург (р. !916) построил квантовую теорию, основанную на законах сохранения энергии и импульса. Из рассуждений, приведенных выше, ясно, что в формулу (38.1) должна входить фазовая, а не какая-либо другая скорость света, так как именно она определяет фазы колебаний, а с ними и условие интерференцнониого усиления волн.
Из формулы (38,!) видно, что излучение на частотах ы, для которых и (а)( 1!й, невозможно. Поэтому спектр излучения Вавилова — Черенкова должен обрываться на коротких волнах, где условие (38.!) перестает выполняться нз-за дисперсии света. В частности, невозможно излучение Вавилова — Черенкова рентгеновских волн, так как для них и «- 1.
Если бы электрон двигался в среде строго равномерно, то излу. чение было бы точно сосредоточено на поверхности конуса, определяемого условием (38.1). Из-за неравномерности движения появляется размытие этой поверхности. Но даже и при наличии такого размытия направленность излучения указывает на то, что молекулы 269 ИЗЛУЧЕНИЯ ВАВИЛОВА — ЧЕРЕНКОВА $88! и атомы среды, возбуждаемые электроном, излучают когерентнс если и не на всем пути движения электрона, то во всяком случае иа его части порядка длины световой волны. Следовательно, рассматриваемое явление практически не зависит от атомного строг.
ния среды и может быть рассмотрено в рамках А! кроскопичгской вгекгпрог8агнитной теории. Это и было сделано Таммом и Франком. Ограничимся приведением основного результата, Полная энергия, излучаемая электроном в единицу времени на единице его пути, определяется формулой (38.2) ЕА >1 Интегрирование производится по частотам, для которых (1п (8!) ) 1, Той же формулой очевидным образом определяется и распределение излучаемой энергии по спектру частот. Формула справедлива при выполнении условия Т (В!) ! — / ~ О (В!), (88.З) т. е, когда скорость электрона )А за период световых колебаний Т = 2п!88 меняется мало по сравнению с фазовой скоростью с (о!). По оценке Тамма и Франка полная потеря энергии электрона на излучение Вавилова — Черенкова в жидкостях и твердых телах по порядку величины составляет несколько тысяч электрон-вольт на сантиметр пути, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
