Podstawy Fizyki - Optyka podręczniki: E. Hecht „Optics”, Addison-Wesley (1974+) A.N. Matveev „Optics”, Moskva (1985), „Optika” po ros. (1985) D. Meschede „Optics, Light and Lasers”, Wiley-VCH (2004) G. Chartier „Introduction to Optics”, Springer (2005) F.A.Jenkins, H.E.White, „Fundamentals of Optics”, McGraw-Hill (1976) F.C. Crawford, „Fale”, PWN (1973) Feynmana Wykłady z Fizyki (zwłaszcza t. II, cz.2), PWN (1968 +) R.P. Feynman „QED – osobliwa teoria światła i materii”, PIW (1992) D. Halliday, R. Resnick, „Fizyka”, PWN J. Ginter „Fizyka fal”, PWN (1993) J. Petykiewicz „Optyka falowa”, PWN (1986) + czasopisma „Świat Nauki”, „Wiedza i Życie”, „Postępy Fizyki” + internet + seminaria naukowe, Krakowskie Konwersatorium Fizyczne PTF www.if.uj.edu.pl/pl/ZF Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
niech się stanie światłość. Rzekł Bóg: niech się stanie światłość. I stała się światłość... Antyk : cząstki (Pitagoras) promień biegnący od oka (Platon) Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
Hipotezy nt. natury światła 1. Strumień cząstek ? przenoszenie energii odbicie załamanie ale zmiany koloru (kryształy, warstwy, pryzmat) polaryzacja, dyfrakcja, interferencja 2. Fale ? znane fale mechaniczne ale te muszą mieć jakiś ośrodek (sprężysty) nie rozchodzą się w próżni, a światło owszem! Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
Christian Hyughens (1629-1695) Izaak Newton (1642-1727) popierał koncepcję korpuskularną Christian Hyughens (1629-1695) sformułował koncepcję falową Autorytet Newtona opóźnił rozwój teorii falowej światła o 100 lat August Fresnel (1788-1827) – słuszność koncepcji falowej (interferencja i dyfrakcja) Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
Przełom – odkrycie fal elektro-magnetycznych (EM) główna trudność – jakiego typu fale (co faluje?) i jaki ośrodek (koncepcja eteru) Przełom – odkrycie fal elektro-magnetycznych (EM) teoria: J.C. Maxwell (1831 – 1879) doświadczenie: H. Hertz (1857 – 1894) doświadczenia z elektrycznością – powiązanie badań nad promieniowaniem (światłem) z własnościami ładunków elektrycznych unifikacja oddziaływań Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
Podstawowe doświadczenia nad interferencją światła doświadczenie Younga S P I(P) = I1+I2+2I1I2 cos SP I(P) = Imax = 4I interferencja konstruktywna Imin = 0 interferencja destruktywna gdy I1 = I2 = I (światło + światło = ciemność !!!) gdy tylko jedna droga – brak prążków Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
Interferencja z licznikami fotonów np. Fotopowielacz A A R C K np. 12 dynod K ok. – 1000 V wzgl. V = Q/C C 10 pF V =1.6–13C/10–12 =10mV emisja z K z wydajnością 10-30% przyspieszenie przez ok. 100 V zwiększ Ekin emisja wtórna, powielenie 3-4 x całkowite wzmocnienie IA/IK = (3-4)12 106 e = - 1.6x10-13C - fotopowielacz liczy fotony, ściślej co ~ trzeci foton (<1) Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
Interferencja z licznikami fotonów ekran macierz liczników fotonów poszczególne zliczenia – rejestracja indywidualnych fotonów (cząstki) rozkład prawdopodobieństw pojawienia się fotonów – fala Dualizm: światło zachowuje się jak fala lub strumień cząstek (fotonów) w różnych warunkach doświadczalnych jest równocześnie i cząstką i falą Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
dotyczy wszelkich obiektów – również fal materii (fale de Broglie) Dośw. z interferencją wiązki atomów He: http://www.iap.uni-bonn.de/ oll/graphik/kap5/heyoung.pdf Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
Nietrywialne (kwantowo-mechaniczne) aspekty interferencji: Interferometr Macha-Zendera E1 E2 – brak prążków fotony mają swobodę wyboru drogi – są prążki – jest interferencja I(P) = |E1+E2|2 = |E1|2 + |E2|2 + E1 E2* + E1* E2 I1+I2 „sumuję amplitudy” rozróżniam drogi (np. przez polaryzatory) I(P) = |E1+E2|2 = |E1|2 + |E2|2 + E1 E2* + E1* E2 = I1+I2 „sumuję prawdopodobieństwa” do interferencji konieczna nierozróżnialność trajektorii, stanów pośrednich pomiędzy stanem początkowym (źródło) i stanem końcowym (punkt na ekranie) Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1
Gumka kwantowa (quantum eraser) informację o tym, jaką drogę przebył foton można post-factum usunąć - „wymazać” za pomocą „gumki kwantowej” E1 E2 interferencja pojedynczych fotonów: pojedynczy foton na płytce światłodzielącej się nie połowi – zawsze leci albo w jednym, albo w drugim ramieniu interferometru, a mimo to po uśrednieniu wielu zdarzeń powstaje obraz interferencyjny Wojciech Gawlik - Optyka, 2006/07. wykład 1