Wstęp do optyki współczesnej

Prezentacja na temat: "Wstęp do optyki współczesnej"— Zapis prezentacji:

1 Wstęp do optyki współczesnej
Krystyna Kolwas Instytut Fizyki PAN, ON2.2 Budynek VIII, pokój 4.

2 Wprowadzenie Po co zajmować się optyką?
Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi węgiel, ropa spadająca woda wiatry baterie słoneczne Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi. Dotyczy to energii słonecznej zmagazynowanej w postaci kopalin, a odzyskiwanej w drodze spalania, gdyż np.. wegiel powstał z drzew, które wzrosły napedzane słońcem. Ale również energię spadającej wody czy energię wiatrów uzyskąć możemy do naszych celów dzięki cyklicznym procesom, które zachodzą w atmosferze ziemi dzięki słońcu. węgiel, spływająca woda, wiatry, baterie słoneczne

3 Wprowadzenie Po co zajmować się optyką?
Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi Wzrok jest najważniejszym zmysłem, jakim dysponujemy Współczesne fascynacje: informatyka kwantowa, fotonika, … Blisko 90% informacji o otoczeniu uzyskiwane jest przez człowieka za pomocą wzroku , z uwagi na ilość przekazywanych informacji. Ogromna ilość informacji, jaka jest zbierana z otoczenia za pomocą naszego narządu wzroku jest następnie przetwarzana przez miliony komórek nerwowych, aby wreszcie dotrzeć do naszej świadomości jako czyjaś twarz, jakiś przedmiot, ciąg liter, czy też najprościej - świadomość tego, że jest dzień lub noc. Szacuje się, że blisko 90% informacji o otoczeniu uzyskiwane jest przez widzącego człowieka za pomocą wzroku. Tabela 1.1 pozwala porównać ilości receptorów w różnych systemach sensorycznych człowieka. Z tabeli tej widać wyraźnie jak kolosalne znaczenie ma dla nas kanał wzrokowy jako źródło informacji o otaczającym świecie. + 1,6 – 2 mln włókien nerwowych

4 informacje pobrane za pomocą 250 – 290 mln receptorów
Wprowadzenie Po co zajmować się optyką? Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi Wzrok jest najważniejszym zmysłem, jakim dysponujemy Współczesne fascynacje: informatyka kwantowa, fotonika, … .W nerwie wzrokowym człowieka znajduje się ok. 1,6 – 2 mln włókien nerwowych, które przekazują do mózgu informacje pobrane za pomocą 250 – 290 mln receptorów[1]. 1,6 – 2 mln włókien informacje pobrane za pomocą 250 – 290 mln receptorów

5 Czułość spektralna oka
Wprowadzenie Po co zajmować się optyką? Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi Wzrok jest najważniejszym zmysłem, jakim dysponujemy Współczesne fascynacje: informatyka kwantowa, fotonika, … Czułość spektralna naszego oka jest ograniczona do wąskiego pasma: Czułość spektralna naszego oka jest ograniczona. Zakres długości fal światła odpowiada niezwykle wąskiemu przedziałowi widma elektromagnetycznego... Czułość spektralna oka

6 myślący o kocie Schrödingera
Wprowadzenie Po co zajmować się optyką? Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi Wzrok jest najważniejszym zmysłem, jakim dysponujemy Współczesne fascynacje: Komputer kwantowy myślący o kocie Schrödingera Kot Schrödingera - o co tu chodzi? Eksperyment myślowy z kotem Schrödingera jest jednym z wielu pomysłów tworzenia "przekładni" ze świata obiektów mikro (w skali atomowej) do świata makroskopowego. Wszystko zaczęło się od tego, że rozwiązaniami równania Schrödingera są również rozwiązania, będące superpozycjami stanów podstawowych, np. jeden foton może jednocześnie przechodzić przez dwie szczeliny i interferować sam ze sobą. Wg. P. Balla, ,,How decoherence killed Schrödinger's cat'' (20 styczeń 2000, ,,Nature''), ,,Aby pokazać jak kwantowa superpozycja zaprzecza zdrowemu rozsądkowi, Schrödinger wymyślił urządzenie oddziałujące na kota, w którym wynik kwantowego efektu ze skali atomowej powoduje np. wystrzał pistoletu. Jeśli system kwantowy był w superpozycji stanów wyzwalających i niewyzwalających wystrzał, to pistolet naraz strzela i nie strzela. Z opisu kwantowo-mechanicznego wynika jednak coś innego - przed otwarciem pojemnika kot jest jednocześnie i martwy, i żywy. Znajduje się on w dziwnej mieszaninie (tzw. superpozycji) wszystkich możliwych stanów. Dopiero otwarcie pojemnika i sprawdzenie jego zawartości redukuje układ do jednego stanu - kot wyskakuje przerażony z pojemnika albo pozostaje w nim martwy. Zgodnie z regułami tzw. interpretacji kopenhaskiej, do momentu przeprowadzenia pomiaru, tzn. stwierdzenia, co dzieje się z kotem, jego stan jest fundamentalnie nieokreślony - kot jest jednocześnie żywy i martwy. Fizycy mówią o mieszanym stanie żywego i martwego kota. Dopiero pomiar rozstrzygnie jego losy. Występowanie mieszaniny, superpozycji stanów jest zjawiskiem powszechnym w świecie mikroskopowych obiektów. Ale pamietajmy,że każdy prawdziwy system, obojętne czy kwantowy czy klasyczny (jak duży kot), jest w kontakcie ze środowiskiem zewnętrznym, brudnym i szumiącym zbiorem atomów, których stan nigdy nie jest dobrze znany. To związanie między systemem kwantowym w superpozycji i środowiskiem prowadzi do zapadnięcia (kolapsu) systemu i wygaśnięcia po pewnym czasie do jednego lub innego stanu. Proces ten jest nazywany dekoherencją. Informatyka kwantowa: qubity, quitrity (spin fotonu, splątanie) kwantowe szyfrowanie informacji (polaryzacja) kwantowa „teleportacja” komputery kwantowe? ……

7 Wprowadzenie Po co zajmować się optyką?
Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi Wzrok jest najważniejszym zmysłem, jakim dysponujemy Współczesne fascynacje: Informatyka kwantowa: qubity, quitrity (spin fotonu) komputery kwantowe? kwantowe szyfrowanie informacji …… Fotonika: fotony zastępują elektrony; jedna z najszybciej rozwijających się dziedzin nauki i techniki Plazmonika

8 Trzy sposoby myślenia o świetle:
promienie; optyka geometryczna fale; elektromagnetyzm cząstki: fotony; fizyka kwantów O świetle możemy też mysleć jako o strumieniu fotonów. Pochłanianie i emisja światła odbywa się porcjami, jest skawntowana. Foton jest bosonem. Bozony są czastkami o spinie całkowitym, podlegajacyn statystyce Bose-Einstein. Les photons, les gluons, les W, le Z0 et le Higgs sont des bosons.

9 Program wykładu Równania Maxwella
Oddziaływanie światła z materią Wielkości mikro- i makroskopowe Funkcje materiałowe z dyspersją czasową i przestrzenną Dyspersja czasowa; model funkcji dielektrycznej Drudego-Lorentza Ujemny współczynnik załamania; metamateriały Rozpraszanie światła Odbicie i rozproszenie światła na granicy ośrodków Fala ewanescentna Rozpraszanie światła przez małe obiekty Teoria rozpraszania Mie, zależność od rozmiaru Dlaczego niebo jest niebieskie… Zjawiska optyczne w nanoskali, plazmony powierzchniowe Rezonanse plazmonowe w nanocząstkach Niezwykłe właściwości optyczne nanodziurek, nanostruktury periodyczne Optyka nieliniowa; przegląd najważniejszych zjawisk Optyka ultrakrótkich impulsów Impulsy światła: częstość a czas: „chip” Wprowadzenie; historia optyki w pigułce Fale elektromagnetyczne Fala płaska Spójność czasowa i przestrzenna Polaryzacja Prędkość grupowa i fazowa; Czy można pokonać prędkość światła? Czy można zatrzymać światło? Interferencja Widmo elektromagnetyczne Skąd się bierze światło Promieniowanie ciała doskonale czarnego Promieniowanie reliktowe Proces widzenia u człowieka Co jest nie tak z żarówką? Fale a cząstki Lasery i podstawy ich działania Optyczne chłodzenie atomów

10 Źródła (główne) wykorzystywane w prezentacjach:
Rick Trebino (Georgia Institute of Technology): Wojciech Gawlik (Instutut Fizyki Uniwersytetu Jagielońskiego): Wikipedia (polska i angielska) World Wide Web ….

11 Historia optyki: czym jest światło?
Hipotezy odnośnie natury światła: 1. Strumień cząstek ? przenoszenie energii odbicie załamanie ale co ze zmianą koloru (kryształy, warstwy, pryzmat)??? polaryzacja, dyfrakcja, interferencja 2. Fale ? znane fale mechaniczne Eter – hipotetyczny ośrodek, w którym miałyby się rozchodzić fale elektromagnetyczne oraz światło. Hipotezę istnienia eteru postawiono, gdyż do tego czasu wszystkie odkryte fale rozchodziły się w jakimś ośrodku jako drgania mechaniczne, fale elektromagnetyczne, a także światło (o którym nie wiedziano, że jest falą elektromagnetyczną) nie potrzebowały powietrza do rozchodzenia. Wielu badaczom wydawało się, że istnienie eteru jest naturalną koniecznością dla ówczesnej nauki, by elektrodynamika Maxwella była słuszna. Najpierw postawiono hipotezę o istnieniu "eteru światłonośnego", potem Maxwell wprowadził do nauki koncepcję "eteru elektromagnetycznego", a następnie udowodnił, że jest on tożsamy z "eterem światłonośnym". Doprowadziło go to do odkrycia elektromagnetycznej natury światła. Niemożność bezpośredniego wykrycia takiej substancji składano na karb ograniczeń eksperymentalnych. Istniały jednak pośrednie metody doświadczalne umożliwiające badanie eteru – przypuszczano, że eter wypełnia całą przestrzeń, jest bezwonny, nieściśliwy, etc. Do prób tych należały doświadczenia Michelsona-Morleya, które konsekwentnie wykluczały kolejne teoretyczne możliwości istnienia eteru. Istotnym elementem tych poszukiwań był fakt, że istnienie eteru implikowałoby istnienie absolutnego układu odniesienia – wyróżnionego układu, do którego można byłoby się odnieść w opisie Wszechświata, co oznaczałoby także, iż spośród wszystkich ukladów inercjalnych istnieje jeden wyróżniony. Szczególna Teoria Względności Alberta Einsteina usunęła konieczność istnienia takiego ośrodka. Konsekwencją teorii jest postać transformacji układu współrzędnych obowiązującej dla ciał w ruchu zamiast transformacji Galileusza – transformacja Lorentza. ale te muszą mieć jakiś ośrodek (sprężysty), nie rozchodzą się w próżni, a światło owszem! Co faluje?  Koncepcja eteru

12 Historia optyki: czym jest światło?
Co faluje?  Koncepcja eteru Eter – hipotetyczny ośrodek, w którym miałyby się rozchodzić światło oraz fale elektromagnetyczne. wszystkie odkryte dotąd fale rozchodziły się w jakimś ośrodku jako drgania mechaniczne fale elektromagnetyczne, a także światło (o którym nie wiedziano, że jest falą elektromagnetyczną) nie potrzebowały powietrza do rozchodzenia. Implikacje: istnienie absolutnego układu odniesienia Doświadczenia Michelsona-Morleya: konsekwentnie wykluczały kolejne teoretyczne możliwości istnienia eteru Eter – hipotetyczny ośrodek, w którym miałyby się rozchodzić fale elektromagnetyczne oraz światło. Hipotezę istnienia eteru postawiono, gdyż do tego czasu wszystkie odkryte fale rozchodziły się w jakimś ośrodku jako drgania mechaniczne, fale elektromagnetyczne, a także światło (o którym nie wiedziano, że jest falą elektromagnetyczną) nie potrzebowały powietrza do rozchodzenia. Wielu badaczom wydawało się, że istnienie eteru jest naturalną koniecznością dla ówczesnej nauki, by elektrodynamika Maxwella była słuszna. Najpierw postawiono hipotezę o istnieniu "eteru światłonośnego", potem Maxwell wprowadził do nauki koncepcję "eteru elektromagnetycznego", a następnie udowodnił, że jest on tożsamy z "eterem światłonośnym". Doprowadziło go to do odkrycia elektromagnetycznej natury światła. Niemożność bezpośredniego wykrycia takiej substancji składano na karb ograniczeń eksperymentalnych. Istniały jednak pośrednie metody doświadczalne umożliwiające badanie eteru – przypuszczano, że eter wypełnia całą przestrzeń, jest bezwonny, nieściśliwy, etc. Do prób tych należały doświadczenia Michelsona-Morleya, które konsekwentnie wykluczały kolejne teoretyczne możliwości istnienia eteru. Istotnym elementem tych poszukiwań był fakt, że istnienie eteru implikowałoby istnienie absolutnego układu odniesienia – wyróżnionego układu, do którego można byłoby się odnieść w opisie Wszechświata, co oznaczałoby także, iż spośród wszystkich ukladów inercjalnych istnieje jeden wyróżniony. Szczególna Teoria Względności Alberta Einsteina usunęła konieczność istnienia takiego ośrodka. Konsekwencją teorii jest postać transformacji układu współrzędnych obowiązującej dla ciał w ruchu zamiast transformacji Galileusza – transformacja Lorentza. Szczególna Teoria Względności Alberta Einsteina usunęła konieczność istnienia eteru. Konsekwencją teorii jest postać transformacji układu współrzędnych obowiązującej dla ciał w ruchu; zamiast transformacji Galileusza – transformacja Lorentza.

13 Światło według Starego Testamentu
Powiedział tedy Bóg: Niech się stanie światło! I stało się światło. I widział Bóg, że światło było dobre. Wtedy oddzielił Bóg światło od ciemności. fragment Księgi Rodzaju (~XIII-XII wieku p.n.e. ) we współczesnym przekładzie bpa K. Romaniuka Według tradycyjnej teorii przyjmującej autorstwo Mojżesza, księga została napisana w XIII-XII wieku p.n.e. Według teorii źródeł Księga Rodzaju kształtowała się między IX wiekiem (tradycja jahwistyczna), a V wiekiem (tradycja kapłańska). Niemniej w wielu miejscach (np. opis wyprawy czterech królów w Rdz 14) wykorzystano znacznie starsze źródła ustne lub pisane. Stary Testament powstawał w ciągu wielu wieków, najstarszym tekstem w nim zawartym jest Pieśń Debory z Księgi Sędziów, spisana w XII w. p. n. e. Najpóźniej, w II w. p. n. e., powstała Księga Daniela. Cały kanon Starego Testamentu został ustalony pod koniec I w. n. e.

14 Optyka w Starożytności
Piramida w niedaleko Kanun (Egipt), grób faraona Sesostris II Najstarsze znalezione miedziane zwierciadła: w grobach faraonów egipskich (1900 BCE). Starożytna Grecja ( BCE) Euklides, Heron, Ptolemeusz – widzenie oparte na prawach odbicia (katoptyka), Platon - załamanie w wodzie, teorie widzenia emanacje – działające bezpośrednio lub pośrednio, przez przekształcenie powietrza, na narząd wzroku (atomiści) widzenie sprowadzone do swoiście pojętego dotyku: z oczu obserwatora wysyłane jest „coś”, co czuje obiekt widziany światło istnieje w ośrodku, a jego modyfikacja następuje w wyniku obecności przedmiotu świecącego (Arystoteles) Historia fizyki jest historią naszego poznawania świata nam dostępnego oraz praw nimi rządzących. Jest historią kształtowania się pojęć, którymi się jesteśmy w stanie podeprzeć, by ten świat i jego prawa sobie wytłumaczyć. Optyka jest dziedziną, która świetnie ten proces ilustruje. W dziełach Euklides, Heron, Ptolemeusz zostały już zawarte podstawy pojęć późniejszej optyki geometrycznej. W szczególności katoptuki, czyli praw opisujacych odbicie światła. W starożytności rozważano trzy teorie widzenia: Historia Fizyki, AKW

15 Światło jako broń (?) Wcześni historycy greccy i rzymscy donoszą, że Archimedes wyposażył setki ludzi w metalowe zwierciadła by zogniskować światło słoneczne na rzymskich statkach wojennych w bitwie pod Syrakuzami ( BCE). najprawdopodobniej nieprawdziwa Jest to historia apokryficzna

16 Optyka w wiekach średnich: Alhazen – ojciec optyki
Abu Ali Hasan Ibn al-Hajsam, łac. Alhazen, ( ). Najwybitniejszy fizyk i astronom ówczesnego świata. Pochodził z miasta Al-Basra w Mezopotamii. Zajmował się: teorią światła, załamywaniem i rozszczepianiem się promieni słonecznych. Tłumaczenia jego książek miały duży wpływ m.in.. na Bacona, Keplera. Pragnę teraz przedstawić państwu człowieka uważanego za ojca fizyki. Jest nim arabski fizyk i astronom, Alhazen, urodzony w Mezopotamii najwybitniejszy w świecie islamu. Za oficjalny początek astronomii teleskopowej można uznać działalność żyjącego w XI wieku mezopotamskiego astronoma Alhazena (Abu Ali Hasan Ibn al-Hajsam). Był on najwybitniejszym fizykiem ówczesnego świata i uważa się go za ojca optyki. Zajmował się szeroko załamaniem i rozszczepieniem światła, zaś jego prace miały znaczący wpływ na rozwój nowożytnego teleskopu. Ref: Alhazen stwierdził, że przedmioty są widziane bądź dlatego, że same świecą, bądź dlatego, że odbijają promienie światła z innego źródła, które docierają do oka. Wprowadził pojęcie jasności obiektu lub świecenia (w tłumaczeniach na łacinę te pojęcia określano jako lux i lumen) Sformułował również prawa odbicia i załamania jako wynik wolniejszego ruchu światła w bardziej gęstych substancjach. Jego działalność zapoczątkowała astronomię teleskopową

17 Optyka w wiekach średnich: Witelon
Witelon, także: Witelo, Vitellio, Vitello, Vitello Thuringopolonis, Erazm Ciołek (ur. ok. 1230, zm ) – mnich, fizyk, matematyk, filozof, twórca podstaw psychologii spostrzegania. Urodził się na Dolnym Śląsku, prawdopodobnie w Legnicy. Był on pierwszym szeroko znanym uczonym, piszącym o sobie „in nostra terra, scilicet Polonia” – „z naszej ziemi, to znaczy Polski”, autorem dzieła o optyce i fizjologii widzenia. Rozprawa ta była wznawiana jeszcze kilkaset lat po jego śmierci, znał ją m.in. Leonardo da Vinci i Mikołaj Kopernik. Witelon miał bardzo nowatorskie poglądy na temat anatomii oka i fizjologii widzenia. Bywa on uznawany za twórcę podwalin wiedzy psychologiczno-psychiatrycznej i psychopatologicznej. Jeden z kraterów na Księżycu nazwany jest imieniem Vitello. Polskim akcentem niech będzie Był on pierwszym szeroko znanym polskim uczonym, piszącym o sobie „in nostra terra, scilicet Polonia” – „z naszej ziemi, to znaczy Polski”, autorem dzieła o optyce i fizjologii widzenia pt. „Perspectivorum libri decem”, Rozprawa ta była wznawiana jeszcze kilkaset lat po jego śmierci, znał ją m.in. Leonardo da Vinci i Mikołaj Kopernik. Witelon miał bardzo nowatorskie poglądy na temat anatomii oka i fizjologii widzenia. Bywa on uznawany za twórcę podwalin wiedzy psychologiczno-psychiatrycznej i psychopatologicznej. wskazywał m.in., że złudzenia wzrokowe są wynikiem warunków obserwacji oraz wyobrażeń i sposobu myślenia, pisząc np. że "oko nie otrzymuje żadnej innej informacji poza światłem, barwą i wielkością kątową", a dopiero umysł dokonuje "przetworzenia wrażeń z pomocą przedstawień branych z doświadczenia". Wikipedia

18 Optyka we wczesnych latach 17ego wieku: Europa
Galileusz (Galileo Galilei) ( ) włoski astronom, astrolog, fizyk i filozof, twórca podstaw nowożytnej fizyki. Obserwował plamy na Słońcu (znane już od dawna Chińczykom, fazy Wenus, Księżyca (prawidłowo rozpoznał formy ukształtowania terenu) oraz zauważył, że Saturn jest wydłużony (jego teleskop był zbyt mały by oddzielić pierścień od tarczy planety). Galileo Galilei ( ) Przyszedł czas by wspomnieć o człowieku, któremu najczęściej przypisuje się "odkrycie" teleskopu - o Galileuszu. Galileusz miał szczęście - i wiedział chyba wystarczająco dobrze, czym jest reklama. Łut szczęścia poległa na tym, że przebywając w Wenecji w maju roku 1609 usłyszał o pewnym człowieku, który skonstruował instrument, dzięki któremu odległe obiekty wydają się być bliższe i większe niż widziane okiem nieuzbrojonym oraz że zasadą fizyczną dzięki której urządzenie działa jest refrakcja (załamanie) światła. Sam Galileusz twierdził, że rozwiązał problem konstrukcji teleskopu pierwszej nocy po powrocie z Wenecji do Padwy, zaś następnego dnia miał już gotowy instrument, złożony z soczewki skupiającej i soczewki rozpraszającej zamocowanych na przeciwnych końcach ołowianej rury. W ten to sposób Galileusz przeszedł do historii jako "odkrywca (lub pierwszy konstruktor) teleskopu„, osiągając też za życia spore korzyści finansowe i prestiż. Prawda jest oczywiście nieco inna - Galileusz obserwował swoją lunetą niebo, wyciągał prawidłowe wnioski i potrafił je rozpropagować. Obserwował plamy na Słońcu (znane już od dawna Chińczykom, choć mechanizm ich powstawania do dziś nie został w pełni wyjaśniony), fazy Wenus, Księżyc (prawidłowo rozpoznał formy ukształtowania terenu) oraz zauważył, że Saturn jest wydłużony (jego teleskop był zbyt mały by oddzielić pierścień od tarczy planety). Jego najważniejszych jednak odkryciem były księżyce Jowisza. Zauważył i obwieścił, że zaobserwował Układ Słoneczny - w mniejszej skali. W rezultacie opowiedział się za heliocentryczną, kopernikańską hipotezą budowy Układu Słonecznego, równocześnie negując podwaliny teorii geocentrycznej, ptolemejskiej. Miało to znaczący wpływ na rozwój nauki oraz na życie samego Galileusza, ale to już zupełnie inna historia. Oczywiście Galileusz stopniowo ulepszał swój teleskop - zaczynając od trzykrotnego powiększenia, ostatecznie skonstruował teleskop o powiększeniu około trzydziestokrotnym, który stanowił już dość poważne narzędzie optyczne. Dzięki temu dziś tę konstrukcję nazywamy teleskopem Galileusza. Telescope photo from Moon drawings from Rysunki księżyca wykonane przez Galileusza

19 Optyka we wczesnych latach 17ego wieku: Europa
Galileusz (Galileo Galilei) ( ) włoski astronom, astrolog, fizyk i filozof, twórca podstaw nowożytnej fizyki. Obserwował plamy na Słońcu (znane już od dawna Chińczykom, fazy Wenus, Księżyca (prawidłowo rozpoznał formy ukształtowania terenu) oraz zauważył, że Saturn jest wydłużony (jego teleskop był zbyt mały by oddzielić pierścień od tarczy planety). Z dzisiejszego, historycznego punktu widzenia – odkrycie teleskopu należy przypisać trzem innym osobom: Janowi Lippershey, Zachariaszowi Janssen (obydwaj byli wytwórcami okularów) oraz Jakubowi Adrianszoon i podkreślić ogromny wpływ Alhazana, ojca optyki, którego działalność uznać można za początek astronomii teleskopowej. Telescope photo from Moon drawings from Teleskopy Galileusza Odkrycie teleskopu należałoby przypisać raczej trzem innym osobom: Janowi Lippershey, Zachariaszowi Janssen (obydwaj byli wytwórcami okularów) oraz Jakubowi Adrianszoon. Trzeba znów podkreślić ogromny wpływ Alhazana, którego działalność uznać można za początek astronomii teleskopowej.

20 Willebrord Snell Prawo Snella:
Willebrord Snell ( ) znany także jako Snellius lub Snel van Royen - holenderski astronom i matematyk. Najbardziej znany ze swojego prawa załamania, sformułowanego na podstawie przeprowadzonych eksperymentów n1 n2 q1 q2 ni jest współczynnikiem załamania Choć za odkrywcę prawa na drodze doświadczalnej uznaje się Willebroda Snella to znaleziono zapisy świadczące, że prawo to było znane wcześniej. Snell's law (also known as Descartes' law or the law of refraction), is a formula used to describe the relationship between the angles of incidence and refraction, when referring to light or other waves, passing through a boundary between two different isotropic media, such as air and glass. The law says that the ratio of the sines of the angles of incidence and of refraction is a constant that depends on the media. In optics, the law is used in ray tracing to compute the angles of incidence or refraction, and in experimental optics to find the refractive index of a material. Snell's law follows from Fermat's principle of least time, which in turn follows from the propagation of light as waves. Snell's law may be derived from Fermat's principle, which states that the light travels the path which takes the least time. By taking the derivative of the optical path length, the stationary point is found giving the path taken by the light (though it should be noted that the result does not show light taking the least time path, but rather one that is stationary with respect to small variations as there are cases where light actually takes the greatest time path, as in a spherical mirror). In a classic analogy by Richard Feynman, the area of lower refractive index is replaced by a beach, the area of higher refractive index by the sea, and the fastest way for a rescuer on the beach to get to a drowning person in the sea is to run along a path that follows Snell's law. Alternatively, Snell's law can be derived using interference of all possible paths of light wave from source to observer—it results in destructive interference everywhere except extrema of phase (where interference is constructive)—which become actual paths. Another way to derive Snell’s Law involves an application of the general boundary conditions of Maxwell equations for electromagnetic radiation. Snell image from Prawo Snella: promienie padający i załamany oraz normalna do granicy ośrodków leżą w jednej płaszczyźnie, a kąty spełniają zależność:

21 Optyka w XVII wieku: Kartezjusz
Rene Descartes ( ) Kartezjusz (fr. René Descartes, francuski matematyk, filozof i fizyk, jeden z najwybitniejszych uczonych XVII w., uważany za prekursora nowożytnej kultury umysłowej. Descartes uważał, że światło musi przypominać dźwięk. Opisywał więc światło jako zmiany ciśnienia w ośrodku (eter). Również w 17w ukształtował się pogląd, że światło musi być falą. …

22 Christiaan Huygens (1629-1695)
Christiaan Huygens ( ) - holenderski matematyk, fizyk oraz astronom Jego doświadczenia potwierdzały teorię o falowej naturze światła. Badał również zjawisko załamania światła w różnych materiałach, zauważył, że światło zwalnia po przejściu do ośrodka gęstszego. Objaśnił zjawisko polaryzacji i podwójnego odbicia. Sformułował zasadę Huygensa, która mówi o rozchodzeniu się fal w pobliżu przeszkód. Jego doświadczenia potwierdzały teorię o falowej naturze światła. Badał również zjawisko załamania światła w różnych materiałach. Zasada Huygensa: każdy punkt ośrodka, do którego dotarło czoło fali można uważać za źródło nowej fali kulistej. Fale te interferują ze sobą. Wypadkową powierzchnię falową tworzy powierzchnia styczna do wszystkich powierzchni fal cząstkowych i ją właśnie obserwujemy w ośrodku. Podwójne odbicie

23 Isaac Newton Sir Isaac Newton ( , (jul.)), angielski fizyk, matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii i alchemik. Pokazał, że pryzmat może rozszczepić białe światło w widmo barw, że soczewka i drugi pryzmat umożliwiają ponownie uzyskanie białego światła z kolorowego widma. Na tej podstawie wywnioskował, że każdy refraktor (teleskop soczewkowy) będzie posiadał wadę polegającą na rozszczepieniu światła (aberracja chromatyczna). Aby uniknąć tego problemu zaprojektował własny typ teleskopu wykorzystujący zwierciadło zamiast soczewki znany później jako teleskop Newtona (teleskop zwierciadlany). Isaac Newton ( ) Od 1670 do 1672 wykładał optykę. W tym czasie badał załamanie (refrakcję) światła, pokazując, że pryzmat może rozszczepić białe światło w widmo barw, a potem soczewka i drugi pryzmat powodują uzyskanie białego światła ponownie z kolorowego widma. Na tej podstawie wywnioskował, że każdy refraktor (teleskop soczewkowy) będzie posiadał wadę polegającą na rozszczepieniu światła (aberracja chromatyczna), aby uniknąć tego problemu zaprojektował własny typ teleskopu wykorzystujący zwierciadło zamiast soczewki znany później jako teleskop Newtona (teleskop zwierciadlany). Później, kiedy dostępne stały się szkła o różnych własnościach dyspersyjnych problem ten rozwiązano stosując soczewki achromatyczne. W 1671 Royal Society poprosiło o demonstrację jego teleskopu zwierciadlanego. Zainteresowanie to zachęciło Newtona do opublikowania notatek pt. On Colour, które później rozwinął w większe dzieło pt. Opticks. Kiedy Robert Hooke skrytykował niektóre z pomysłów Newtona, ten obraził się do tego stopnia, że wycofał się z publicznej debaty. Z powodu paranoi Newtona, tych dwóch ludzi pozostało wrogami aż do śmierci Hooke'a. W jednym z listów do Hooke'a z datą 5 lutego 1676 Newton napisał: "Jeśli widzę dalej to tylko dlatego, że stoję na ramionach olbrzymów"' popierał koncepcję korpuskularną! Niektórzy uważają, że autorytet Newtona opóźnił rozwój teorii falowej światła o 100 lat

24 Schemat doświadczenia
Wiek XVIII i XIX: Thomas Young ( ) – angielski fizyk i lekarz fizjolog. Genialne dziecko (nauczył się czytać już w wieku 2 lat). Znał 14 języków. Miał swój wkład w rozumienie widzenia, światła, mechaniki, energii, fizjologii i egiptologii. Wychodząc z doświadczeń Malusa nad polaryzacją światła stwierdził, że fale świetlne są falami poprzecznymi. Na tej podstawie wytłumaczył powstawanie pierścieni Neptuna i znalazł jako pierwszy przybliżone wartości długości fal świetlnych. Young tłumaczył ugięcie światła jako efekt interferencji między falami światła przechodzącymi przez otwór (przedmiot) uginający, a falami odbitymi od brzegów. Schemat doświadczenia Younga Thomas Young ( ) – angielski fizyk i lekarz fizjolog. Genialne dziecko (nauczył się czytać już w wieku 2 lat). Szybko nauczył się też wielu języków, których w sumie znał 14. Miał swój wkład w rozumienie widzenia, swiatła, mechaniki, energii, fizjolofii i egiptologii. Wychodząc z doświadczeń Malusa nad polaryzacją światła stwierdził, że fale świetlne są falami poprzecznymi. Na tej podstawie wytłumaczył powstawanie pierścieni Neptuna i znalazł jako pierwszy przybliżone wartości długości fal świetlnych. Swe badania rozpoczął nad studiowaniem doświadczeń Malusa nad polaryzacją światła, stwierdzając że fale świetlne są falami poprzecznymi. Przy pomocy tego zjawiska wytłumaczył on powstawanie pierścieni Neptuna i znalazł jako pierwszy przybliżone wartości długości fal świetlnych. Doświadczenie Younga - eksperyment polegający na przepuszczeniu światła poprzez dwa pobliskie otwory w przesłonie i rzutowaniu na ekran. Na ekranie wskutek interferencji tworzą się charakterystyczne prążki potwierdzające falową naturę światła. Doświadczenie w swojej pierwotnej formie nie budziło wielkich kontrowersji w świecie fizyki, jednak późniejsze jego modyfikacje postawiły przed fizykami znaki zapytania. Okazało się bowiem, że nawet pojedyncze fotony wysyłane przez szczeliny w znacznych odstępach czasu, które nie miały prawa wzajemnie ze sobą interferować, tworzyły za szczelinami na światłoczułym materiale wzór interferencyjny (pionowych prążków). Efekt ten będąc jedną z manifestacji kwantowej natury światła jest często używany do objaśniania podstaw mechaniki kwantowej. W kwantowo-mechanicznym podejściu efekt interferecji spowodowany jest nakładaniem się funkcji falowej opisującej stan fotonu.

25 18th and 19th century Optics:
Augustin Jean Fresnel ( ) francuski inżynier i fizyk. Odkrył i wyjaśnił polaryzację kołową i eliptyczną światła; wytłumaczył zjawisko skręcenia płaszczyzny polaryzacji; zbadał zjawisko przechodzenia światła przez granicę dwóch dielektryków; opracował teorię dwójłomności kryształów i aberracji rocznej światła gwiazd; przeprowadził doświadczenia nad wpływem ruchu Ziemi na zjawiska optyczne, co stało się podstawą elektrodynamiki poruszających się ciał i szczególnej teorii względności. Augustin Fresnel ( )

26 18th and 19th century Optics:
Augustin Jean Fresnel ( ) francuski inżynier i fizyk. Augustin Fresnel ( ) Porównanie grubości soczewek: Fresnela (1) i tradycyjnej (2) o takich samych ogniskowych Soczewka starego reflektora latarni morskiej Stilo w muzeum w latarni Rozewie Głośne stało się jego otwarte przyznanie pierwszeństwa Georgesowi Buffonowi w kwestii stworzenia pomysłu soczewki Fresnela.

27 James Clerk Maxwell (1831-1879)
szkocki fizyk teoretyk i matematyk. Był autorem wielu wybitnych prac z zakresu elektrodynamiki, kinetycznej teorii gazów, optyki i teorii barw. James Clerk Maxwell ( ) H E Z równań tych Maxwell wywnioskował, że zmienne pole elektryczne w próżni wywołuje zmienne pole magnetyczne a zmienne pole magnetyczne wywołuje zmienne pole elektryczne. Zmiany te, to fala elektromagnetyczna, rozchodzą się z prędkością: Jest to prędkość światła. Fala elektromagnetyczna przewidziana przez Maxwella została odkryta przez H. Hertza w 1888.

28 James Clerk Maxwell (1831-1879)
szkocki fizyk teoretyk i matematyk. Był autorem wielu wybitnych prac z zakresu elektrodynamiki, kinetycznej teorii gazów, optyki i teorii barw. James Clerk Maxwell ( ) Eter - hipotetyczny ośrodek, w którym miałyby się rozchodzić fale elektromagnetyczne oraz światło. Hipotezę istnienia eteru postawiono gdyż do tego czasu wszystkie odkryte fale rozchodziły się w jakimś ośrodku jako drgania mechaniczne, fale elektromagnetyczne, a także światło (o którym nie wiedziano, że jest falą elektromagnetyczną) nie potrzebowały powietrza do rozchodzenia. Wielu badaczom wydawało się, że istnienie eteru jest naturalną koniecznością dla ówczesnej nauki, by elektrodynamika Maxwella była słuszna. Najpierw postawiono hipotezę o istnieniu "eteru światłonośnego", potem Maxwell wprowadził do nauki koncepcję "eteru elektromagnetycznego", a następnie udowodnił, że jest on tożsamy z "eterem światłonośnym". Doprowadziło go to do odkrycia elektromagnetycznej natury światła. W napisanym dla "Encyclopedia Britannica" artykule "Eter" Maxwell pisał: "Jakiekolwiek możemy mieć trudności z uformowaniem spójnej idei budowy eteru, nie możemy mieć wątpliwości, że międzyplanetarne i międzygwiezdne przestrzenie nie są puste, ale zajęte przez materialną substancję czy ciało, które jest z pewnością największym i prawdopodobnie najbardziej jednorodnym ciałem o jakim wiemy" [1]. „Chyba nie można uniknąć wniosku, że światło polega na poprzecznym falowaniu tego samego ośrodka, który wywołuje zjawiska elektryczne i magnetyczne”.

29 Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca
Michelson & Morley Albert Michelson ( ) Edward Morley ( ) Albert Abraham Michelson (1852 Strzelno, Kujawy, ) – amerykański fizyk. Własnoręcznie skonstruowanym interferometrem pokazał, że wzorzec metra (Paryż) jest równoważny ,5 długości fal czerwonego światła kadmu (nagroda Nobla 1907r.) Wraz z Morlayem przeprowadził eksperyment dowodzący, że prędkość światła nie zależy od ruchu Ziemi (o wschodzie i o zachodzie światło napływa od Słońca z tą samą prędkością). Doświadczenie pokazało, że prędkość Ziemi względem eteru jest 0, co praktycznie dowodziło braku eteru. Negatywny wynik doświadczenia stał się doświadczalną podstawą teorii względności. Doświadczenie Michelsona-Morleya - eksperyment zaliczany obecnie do najważniejszych doświadczeń w historii fizyki. Miał na celu, poprzez porównanie prędkości światła w różnych kierunkach względem Ziemi, wykazanie ruchu Ziemi względem hipotetycznego eteru. Powód przeprowadzenia eksperymentu [edytuj] Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca. Tak więc Fizyka w XIX w. zakładała, że fale rozprzestrzeniają się tylko w ośrodkach sprężystych (przykładowo dźwięk - w powietrzu). Światło jako fala też powinna rozprzestrzeniać się w jakimś ośrodku, ośrodek ten nazywano eterem. Eter miałby przenikać całą przestrzeń, powinien pozostawać w spoczynku względem Wszechświata i powinien wyznaczać absolutny układ odniesienia. Prędkość światła powinna być stała względem tego ośrodka, a dla obserwatorów poruszających względem eteru prędkość światła powinna być inna i równa różnicy wektorowej prędkości światła w ośrodku i prędkości obserwatora względem ośrodka. Ziemia wraz ze Słońcem porusza się względem Wszechświata, do tego dochodzi ruch Ziemi wokół Słońca z prędkością 30 km/s. James Clerk Maxwell zauważył, że mierząc prędkość światła w różnych okresach roku lub doby można by wyznaczyć prędkość ruchu Ziemi względem eteru, ale nie wierzył w możliwość wykonania doświadczenia z wystarczająco dużą dokładnością. Doświadczenie Michelsona [edytuj] Ilustracja doświadczenia Michelsona-Morleya A - źródło światła monochromatycznego B - półprzepuszczalna płytka C - Zwierciadła D - Ekran Albert Michelson, po zapoznaniu się z pomysłami Maxwella, obmyślił sposób przeprowadzenia doświadczenia. Uznał, że do określenia prędkości wiatru eteru nie potrzeba wyznaczać prędkości światła, wystarczy porównać prędkość światła w różnych kierunkach. Skonstruował przyrząd zwany interferometrem Michelsona. W interferometrze wiązka światła zostaje podzielona półprzezroczystą płytką na dwie prostopadłe wiązki, które po odbiciu od zwierciadeł i po powtórnym przejściu przez płytkę trafiają do teleskopu, w którym widać jasne i ciemne prążki jako wynik interferencji obu wiązek. Obraz interferencji zależy od różnicy czasu przebiegu obu wiązek miedzy płytką a zwierciadłami, bo w pozostałej części drogi światła obie wiązki biegną tą samą drogą. Gdyby czas przebycia światła między płytką a zwierciadłem 1 zmienił się o inną wartość niż czas dla drugiej drogi, to układ prążków interferencyjnych przesunąłby się. W ten sposób można wyznaczyć nawet niewielkie różnice w prędkości rozchodzenia się światła. Gdyby istniał wiatr eteru, wystarczyłoby obrócić interferometr, a układ prążków powinien przesuwać się. Michelson, jako dokładny obserwator, oszacował że dokładność pomiaru urządzenia jest 4 razy większa od przesunięcia prążków, jakie powinien uzyskać dla prędkości ruchu Ziemi wokół Słońca. Ku swojemu zaskoczeniu nie wykrył ruchu prążków. Wynik doświadczenia był zdumiewający dla ówczesnych fizyków, powszechnie wątpiono w prawdziwość i dokładność pomiaru. Drugie doświadczenie [edytuj] Michelson postanowił powtórzyć doświadczenie, dokonał tego razem z E. Morleyem. W doświadczeniu tym zwiększono dziesięciokrotnie długość drogi światła, zwiększając dokładność pomiaru. By zapobiec nawet najmniejszym drganiom zwierciadeł, układ interferometru pływał w korytach wypełnionych rtęcią. Pomimo takiej precyzji i przeprowadzenia wielu doświadczeń w wielu kierunkach, przez rok nie zauważono zmian w układzie prążków interferencyjnych. W wynikach doświadczenia Michelson i Morley ogłosili, że prędkość Ziemi jest mniejsza od 5 km/s. Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca. Ziemia (jesień) (wiosna)

30 Doświadczenie Michelsona-Morleya
eksperyment zaliczany obecnie do najważniejszych doświadczeń w historii fizyki. Cel: poprzez porównanie prędkości światła w różnych kierunkach względem Ziemi, wykazanie ruchu Ziemi względem hipotetycznego eteru. Eter przenikający całą przestrzeń, powinien pozostawać w spoczynku względem Wszechświata i powinien wyznaczać absolutny układ odniesienia. Prędkość światła powinna być stała względem tego ośrodka, a dla obserwatorów poruszających względem eteru prędkość światła powinna być równa różnicy wektorowej prędkości światła w ośrodku i prędkości obserwatora względem ośrodka. płytka półprzezroczysta zwierciadła Doświadczenie Michelsona-Morleya - eksperyment zaliczany obecnie do najważniejszych doświadczeń w historii fizyki. Miał na celu, poprzez porównanie prędkości światła w różnych kierunkach względem Ziemi, wykazanie ruchu Ziemi względem hipotetycznego eteru. Powód przeprowadzenia eksperymentu [edytuj] Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca. Tak więc Fizyka w XIX w. zakładała, że fale rozprzestrzeniają się tylko w ośrodkach sprężystych (przykładowo dźwięk - w powietrzu). Światło jako fala też powinna rozprzestrzeniać się w jakimś ośrodku, ośrodek ten nazywano eterem. Eter miałby przenikać całą przestrzeń, powinien pozostawać w spoczynku względem Wszechświata i powinien wyznaczać absolutny układ odniesienia. Prędkość światła powinna być stała względem tego ośrodka, a dla obserwatorów poruszających względem eteru prędkość światła powinna być inna i równa różnicy wektorowej prędkości światła w ośrodku i prędkości obserwatora względem ośrodka. Ziemia wraz ze Słońcem porusza się względem Wszechświata, do tego dochodzi ruch Ziemi wokół Słońca z prędkością 30 km/s. James Clerk Maxwell zauważył, że mierząc prędkość światła w różnych okresach roku lub doby można by wyznaczyć prędkość ruchu Ziemi względem eteru, ale nie wierzył w możliwość wykonania doświadczenia z wystarczająco dużą dokładnością. Doświadczenie Michelsona [edytuj] Ilustracja doświadczenia Michelsona-Morleya A - źródło światła monochromatycznego B - półprzepuszczalna płytka C - Zwierciadła D - Ekran Albert Michelson, po zapoznaniu się z pomysłami Maxwella, obmyślił sposób przeprowadzenia doświadczenia. Uznał, że do określenia prędkości wiatru eteru nie potrzeba wyznaczać prędkości światła, wystarczy porównać prędkość światła w różnych kierunkach. Skonstruował przyrząd zwany interferometrem Michelsona. W interferometrze wiązka światła zostaje podzielona półprzezroczystą płytką na dwie prostopadłe wiązki, które po odbiciu od zwierciadeł i po powtórnym przejściu przez płytkę trafiają do teleskopu, w którym widać jasne i ciemne prążki jako wynik interferencji obu wiązek. Obraz interferencji zależy od różnicy czasu przebiegu obu wiązek miedzy płytką a zwierciadłami, bo w pozostałej części drogi światła obie wiązki biegną tą samą drogą. Gdyby czas przebycia światła między płytką a zwierciadłem 1 zmienił się o inną wartość niż czas dla drugiej drogi, to układ prążków interferencyjnych przesunąłby się. W ten sposób można wyznaczyć nawet niewielkie różnice w prędkości rozchodzenia się światła. Gdyby istniał wiatr eteru, wystarczyłoby obrócić interferometr, a układ prążków powinien przesuwać się. Michelson, jako dokładny obserwator, oszacował że dokładność pomiaru urządzenia jest 4 razy większa od przesunięcia prążków, jakie powinien uzyskać dla prędkości ruchu Ziemi wokół Słońca. Ku swojemu zaskoczeniu nie wykrył ruchu prążków. Wynik doświadczenia był zdumiewający dla ówczesnych fizyków, powszechnie wątpiono w prawdziwość i dokładność pomiaru. Drugie doświadczenie [edytuj] Michelson postanowił powtórzyć doświadczenie, dokonał tego razem z E. Morleyem. W doświadczeniu tym zwiększono dziesięciokrotnie długość drogi światła, zwiększając dokładność pomiaru. By zapobiec nawet najmniejszym drganiom zwierciadeł, układ interferometru pływał w korytach wypełnionych rtęcią. Pomimo takiej precyzji i przeprowadzenia wielu doświadczeń w wielu kierunkach, przez rok nie zauważono zmian w układzie prążków interferencyjnych. W wynikach doświadczenia Michelson i Morley ogłosili, że prędkość Ziemi jest mniejsza od 5 km/s. Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca. Ziemia (jesień) (wiosna)

31 Doświadczenie Michelsona-Morleya
Michelson, po zapoznaniu się z pomysłami Maxwella, uznał, że do określenia prędkości wiatru eteru nie potrzeba wyznaczać prędkości światła, wystarczy porównać prędkość światła w różnych kierunkach. W interferometrze Michelsona: obraz interferencji zależy od różnicy czasu przebiegu obu wiązek miedzy płytką a zwierciadłami. Gdyby istniał wiatr eteru, wystarczyłoby obrócić interferometr, a układ prążków powinien przesuwać się. Ku swojemu zaskoczeniu nie wykrył ruchu prążków. Wynik doświadczenia był zdumiewający dla ówczesnych fizyków, powszechnie wątpiono w prawdziwość i dokładność pomiaru płytka półprzezroczysta zwierciadła Doświadczenie Michelsona-Morleya - eksperyment zaliczany obecnie do najważniejszych doświadczeń w historii fizyki. Miał na celu, poprzez porównanie prędkości światła w różnych kierunkach względem Ziemi, wykazanie ruchu Ziemi względem hipotetycznego eteru. Powód przeprowadzenia eksperymentu [edytuj] Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca. Tak więc Fizyka w XIX w. zakładała, że fale rozprzestrzeniają się tylko w ośrodkach sprężystych (przykładowo dźwięk - w powietrzu). Światło jako fala też powinna rozprzestrzeniać się w jakimś ośrodku, ośrodek ten nazywano eterem. Eter miałby przenikać całą przestrzeń, powinien pozostawać w spoczynku względem Wszechświata i powinien wyznaczać absolutny układ odniesienia. Prędkość światła powinna być stała względem tego ośrodka, a dla obserwatorów poruszających względem eteru prędkość światła powinna być inna i równa różnicy wektorowej prędkości światła w ośrodku i prędkości obserwatora względem ośrodka. Ziemia wraz ze Słońcem porusza się względem Wszechświata, do tego dochodzi ruch Ziemi wokół Słońca z prędkością 30 km/s. James Clerk Maxwell zauważył, że mierząc prędkość światła w różnych okresach roku lub doby można by wyznaczyć prędkość ruchu Ziemi względem eteru, ale nie wierzył w możliwość wykonania doświadczenia z wystarczająco dużą dokładnością. Doświadczenie Michelsona [edytuj] Ilustracja doświadczenia Michelsona-Morleya A - źródło światła monochromatycznego B - półprzepuszczalna płytka C - Zwierciadła D - Ekran Albert Michelson, po zapoznaniu się z pomysłami Maxwella, obmyślił sposób przeprowadzenia doświadczenia. Uznał, że do określenia prędkości wiatru eteru nie potrzeba wyznaczać prędkości światła, wystarczy porównać prędkość światła w różnych kierunkach. Skonstruował przyrząd zwany interferometrem Michelsona. W interferometrze wiązka światła zostaje podzielona półprzezroczystą płytką na dwie prostopadłe wiązki, które po odbiciu od zwierciadeł i po powtórnym przejściu przez płytkę trafiają do teleskopu, w którym widać jasne i ciemne prążki jako wynik interferencji obu wiązek. Obraz interferencji zależy od różnicy czasu przebiegu obu wiązek miedzy płytką a zwierciadłami, bo w pozostałej części drogi światła obie wiązki biegną tą samą drogą. Gdyby czas przebycia światła między płytką a zwierciadłem 1 zmienił się o inną wartość niż czas dla drugiej drogi, to układ prążków interferencyjnych przesunąłby się. W ten sposób można wyznaczyć nawet niewielkie różnice w prędkości rozchodzenia się światła. Gdyby istniał wiatr eteru, wystarczyłoby obrócić interferometr, a układ prążków powinien przesuwać się. Michelson, jako dokładny obserwator, oszacował że dokładność pomiaru urządzenia jest 4 razy większa od przesunięcia prążków, jakie powinien uzyskać dla prędkości ruchu Ziemi wokół Słońca. Ku swojemu zaskoczeniu nie wykrył ruchu prążków. Wynik doświadczenia był zdumiewający dla ówczesnych fizyków, powszechnie wątpiono w prawdziwość i dokładność pomiaru. Drugie doświadczenie [edytuj] Michelson postanowił powtórzyć doświadczenie, dokonał tego razem z E. Morleyem. W doświadczeniu tym zwiększono dziesięciokrotnie długość drogi światła, zwiększając dokładność pomiaru. By zapobiec nawet najmniejszym drganiom zwierciadeł, układ interferometru pływał w korytach wypełnionych rtęcią. Pomimo takiej precyzji i przeprowadzenia wielu doświadczeń w wielu kierunkach, przez rok nie zauważono zmian w układzie prążków interferencyjnych. W wynikach doświadczenia Michelson i Morley ogłosili, że prędkość Ziemi jest mniejsza od 5 km/s. Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca. Ziemia (jesień) (wiosna)

32 Albert Einstein Albert Einstein ( ) – jeden z największych fizyków-teoretyków naszych czasów, twórca szczególnej i ogólnej teorii względności, współtwórca korpuskularno-falowej teorii światła. Laureat Nagrody Nobla za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego. Einstein wniósł też swój wkład do rozwoju filozofii nauki. Albert Einstein ( ) Einstein stworzył teorię (Szczególna Teoria Względności), w której: światło rozchodzi się w pustej przestrzeni (eter nie jest potrzebny) prędkość światła jest stała, niezależna od prędkości obserwatora, Światło jest jednocześnie falą i cząstką (teoria korpuskularno-falowa)

33 Albert Einstein Albert Einstein ( ) – jeden z największych fizyków-teoretyków naszych czasów, twórca szczególnej i ogólnej teorii względności, współtwórca korpuskularno-falowej teorii światła. Laureat Nagrody Nobla za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego. Einstein wniósł też swój wkład do rozwoju filozofii nauki. Albert Einstein ( ) Zjawisko to zostało przewidziane przez Alberta Einsteina, który zauważył, że bez tego zjawiska nie mogłoby dojść do równowagi między pochłanianiem i emisją ciała oświetlonego przez inne ciało. A. Einstein rozumował: jeżeli oddziaływanie atomu z fotonem wywołuje pochłonięcie fotonu z prawdopodobieństwem zależnym od ilości fotonów o odpowiedniej energii (natężeniu oświetlania), zaś emisja występuje czysto swobodnie, z prawdopodobieństwem zależnym wyłącznie od wielkości charakteryzujących wzbudzony poziom energetyczny, to atom wzbudzony musi emitować foton w wyniku oddziaływania z fotonem, z prawdopodobieństwem zależnym od ilości odpowiednich fotonów, by mogło dojść do równowagi termodynamicznej między pochłanianiem i emitowaniem fotonów. Emisja wymuszona jest zjawiskiem odwrotnym do pochłaniania fotonów przez atomy (cząsteczki). Prawdopodobieństwo pochłonięcia fotonu przez atom w stanie o mniejszej energii jest takie samo jak prawdopodobieństwo emisji wymuszonej atomu wzbudzonego, dlatego o wielkości emisji/pochłaniania ośrodka decyduje różnica liczby atomów w stanie wzbudzonym i podstawowym. W oddziaływaniu fotonów z atomami zapostulował istnienie emisji wymuszonej, zjawiska symetrycznego względem absorpcji fotonów przez atomy. Emisja wymuszona leży u podstaw działania laserów.

34 “Light is, in short, the most refined form of matter.”
Louis de Broglie I nich to będzie zachętą do uczestnictwa w następnych wykładach.

35 Dziękuję za uwagę