Kan lysbølger slukke lysbølger? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Kan lysbølger slukke l...

01. marts 2015

Kan lysbølger slukke lysbølger?

Hej Spørg om Fysik
Kan lys-bølger udslukke hinanden ligesom lyd-bølger kan?

Hvis ikke de kan, hvorfor så ikke?

Med venlig hilsen
G R N

Lysbølger kan slukke hinanden ligesom lydbølger. Thomas Young (GB, 1773 – 1829) viste ved et forsøg vigtig for forståelsen af lys i 1803, at havde man en plade med to små huller eller spalter, som blev belyst af solen via et andet lille hul i en anden plade, at man fik et mønster med lys (i forskellige farver) og at lys + lys kan give mørke.

Den omtalte interferensopstilling til hjemmebrug, dette er altså princip for Youngs forsøg

Han var også i stand til at bestemme bølgelængden af de forskellige farver fra eksperimentet. Skal man se forsøget gøres det bedst med en natrium-lampe, men bedst og nemmeste med en lomme-LASER. Med

Thomas Young

lamperne sendes lyset igennem en spalte, og lyset fra spalten skal så ramme en plade med 2 spalter. Man kan selv lave spalterne af alu-folie med spalterne udskåret med en skarp kniv, spaltebredde omkring 1 mm, afstand måske 5-10 mm. Så ses interferensen klart i et mørkt rum. Med en LASER kan man blot belyse de to spalter, det kan være nødvendigt med en svag linse foran for at sprede pletten så den rammer begge spalter. Bagved kommer der så et billede med mørke og lys.

Når lys går igennem et hul spreder det sig bag hullet som en kuglebølge, fra en spalte som en cylinderbølge. Når sådan to kuglebølger eller cylinderbølger møder hinanden, vil der blive kraftigt lys på steder, hvor bølgetoppene fra de to åbninger kommer samtidig (i fase), og mørke hvor de kommer i modfase, så man får et streg-mørke eller lysplet-mørkebillede.

Dobbeltspalteinterferens bølgebillede (lavet i vand). De grå ensfarvede streger er uden bølger altså mørke fra lys + lys i modfase

Hvis det drejer sig om at bestemme steder, hvor man har lys, er det steder, hvor afstandene til de to åbninger har en forskel  på hele bølgelængder (eller nul), så der er lys midt imellem hullerne eller spalterne. Mørke fås så hvor forskellen i afstande er ½ bølgelængde, for så kommer bølgerne i modfase altså en bølgetop møder en bølgedal. Spalter giver altså et stribemønster. Hvis lysgivere optisk i stedet er bag hinanden, får man et et cirkelmønster.

Har man mange spalter med ens afstand, har man det man normalt kalder et gitter, som anvendes til at vise stoffernes lysspektre, og man kan derved bestemme bølgelængden. Man kan nemt lave gitre med omkring 600 spalter pr. mm.

Tospalteinterferens med hvidt og farvet lys. Bemærk at afstanden til de første mørke linjer bliver kortere med kortere bølgelængde (imod blå). De mørke streger er lys + lys = mørke.

Et berømt forsøg med interferens er Albert Abraham Michelson (US , 1852 – 1931) og Edward Williams Morley (US, 1838 – 1923) eksperiment fra 1887. På det tidspunkt mente man, at der i universet var en æter, en usynlig substans i universet, som lyset og elektromagnetiske bølger kunne udbrede sig igennem. Bølger skulle jo have noget at udbrede sig i! De to forskere lavede en interferensopstilling, som ville kunne se apparatets hastighed i forhold til æteren, ved at man drejede eksperimentet (det stod på en stenplade, som flød på kviksølv) og så efter om ringene flyttede sig. Da jorden jo

Albert Abraham Michelson

Edward Williams Morley

kunne ligge stille i forhold til æteren da man gennemførte eksperimentet, gjorde man det mange gange i løbet af et år. Det viste, at lysets hastighed ikke afhang af jordens bevægelse og af retningen, og endte

Opstillingen til Michelson-Morley eksperimentet

med at afskaffe æterteorien. Det svarer nøje til Albert Einstein (D, US, 1879 – 1955) forudsætninger i den specielle relativitetsteori, men det menes ikke at Einstein har læst artiklen om eksperimentet.

Elektromagnetiske bølgers opførsel blev endeligt forstået og beskrevet i afhandlinger af James Clerk Maxwell (Skotland, 1831 – 1879) omkring 1861 og 1862, og beskrevet samlet af ham på bogform i 1873,

Strålegangen i eksperimentet hvor det der måles er bølgelængdeforskellen imellem rød og grøn vej

Interferensbilledet som ses i eksperimentet

hvor den elektromagnetiske teori beskrives i 4 differential ligninger (som de formuleres i vore dages).

Med venlig hilsen
Malte Olsen

James Clerk Maxwell

Albert Einstein, billede fra omkring den tid hvor han skabte den specielle relativitetsteori