Звуковые волны

Волны в противофазе

В 1947 г. английский  физик  Дэннис  Габор  предло­жил  инте­ресный  способ  устра­нения  абер­рации[a]  в  электрон­ных  мик­роскопах.  Он  предло­жил  преоб­разовывать  элек­тронную  волну  в  световую,  устра­нять  хорошо  из­вест­ную  оптиче­скую  аберрацию,  а  по­том  снова  преобразовывать  эту  волну  в  элек­тронную  и,  уже  очищенную  от  аберрации,  ис­пользовать  в  дальнейшем.  Од­нако  чтобы  «под­лечить»  све­товую  волну  следует  её  каким-то  образом  зафиксировать,  и  обычная  фотогра­фия  для  этой  цели  не  подойдёт.  Когда  мы  смот­рим  на  фотогра­фический, снимок  все  предметы  изобра­жённые  на нём  кажутся  нам  плоскими.  Что  особенно  выра­жено  при  косом  рассматри­ва­нии  снимка.  Дело  в  том,  что  фотогра­фия  даёт  нам  ин­фор­мацию  только  об  амплитуде  све­товой  волны,  из­лучаемой  предме­том,  но  абсо­лютно  ни­чего  не  говорит  о  её  фазе.  Другими  словами  плёнка  фик­сирует  только  ин­тенсив­ность  падающего  на  неё  света,  то  есть  те  предметы,  которые  при  съёмке  были  ос­вещены  силь­нее,  получились  ярче  и  на  фо­тографии.  Однако  уловить  фазу,  то  есть   оп­ределить  на­сколько  одна  волна  пришла  позже  другой,  ни  один  прибор  не  в  состоянии.  Дело  в  том,  что  частота  види­мого  света  равна   4·1014 — 7,5·1014  Гц  и  по­этому   фазу  этой  волны  пред­став­ляет  довольно  боль­шие  трудно­сти.  Однако  всем  известна  картина  ин­терферен­ции света с  чередую­щимися  чёрными  и  белыми  поло­сами.  Причём,   как  из­вестно,  чёр­ные   полосы  это  те  области,  где  волны,  прошед­шие  через  щели,  со­шлись в противо­фазе,  то  есть  со  сдви­гом  фаз  в  180о,  а  белые  об­ласти там  –   где  волны  попали  в  фазу,  то  есть  со  сдвигом  фаз  в  0о.  Ос­тальные  уча­стки  серого  цвета  соответствуют  промежуточным  случаям,  ко­гда  сдвиг  фаз  больше  или  меньше  180о.

Таким  об­разом,  на  этом ри­сунке смогла  запе­чат­леться  инфор­мация  и  о  фазе  световой  волны  и  об  её  ам­плитуде,  но  только  это  картина  сум­мар­ной  волны,  полу­чившейся  в  ре­зультате  интерфе­ренции,  и  как  бы  находящаяся  в  «за­шифрованном»  состоянии. 

Итак,  Лондон,  1947г.  Габор  пытается  поймать  световую  волну.  Для  этого  он  берёт  полупро­зрачный  кубик  и  освещает  его  ру­ной  лампой[b],  кото­рая  тогда  была  наилучшим  источ­ником световых  волн  постоянной длины.  Таким  образом  волна  от  лампы  (А1)  попала  на  кубик,  и  появилась  отражённая  волна  (А2),  которая,  сложившись  с  волной   А1,  образовала  новую  суммарную  световую  волну: 

А3 = А1+ А2

На  пути  волны  А3  Габор  поставил  очень  чувствительную  фотопластинку.  В  результате  на  ней  зафиксировалась  интерференционная  картина — перемежающиеся  белые  и  чёрные  полосы.

Итак,  Габору  удалось  «заморозить»  световую  волну,  испускаемую  кубиком.  Но  вместе  с  ней  на  фотопластинке  зафиксировалась  и  «побочная»  полна  от  лампы.  Поэтому  перед  учёным  встал  нелёгкий  вопрос:  как  же  из  этой  «смеси»  добыть  изначальную  волну  (А2)?

Чтобы  понять  смысл  метода,  предложенного  Габором, достаточно  представить   искомую  волну,  как  производную:

А2 = А3 – А1

Где   “ – А1”  говорит  о  том,  что  свет  от  лампы  идёт  в  обратном  направлении,  таким  образом  погашая  «лишнюю»  волну  на  фотопластинке  и  оставляя  только  волну,  отражённую  кубиком  (А2).

Если  посмотреть  на  такую  восстановленную  волну,  то  можно  увидеть  сфотографированный  предмет,  который  словно  парит  в  воздухе.

[a] Аберрация   (от  лат.  Aberratio - уклонение) ¾  буквально  отклонение  от  нормы.  В  электронных  линзах  это  искажение  изображения  из-за  немоноэнергеичности  пучка  электронов.

[b] Ртутная  лампа ­— газоразрядный  источник  света,  работающий  на  ртутных  парах,  в  которых  при  электрических  разрядах  возникает  главным  образом  ультрафиолетовый  и  видимый  свет.