Wstęp do optyki współczesnej

35
Wstęp Wstęp do do optyki optyki współczesnej współczesnej Krystyna Kolwas Krystyna Kolwas Instytut Fizyki PAN, ON2.2 Instytut Fizyki PAN, ON2.2 Budynek VIII, pokój 4. Budynek VIII, pokój 4. www.ifpan.edu.pl/ON-2/on22/staff/kolwak.html

description

Wstęp do optyki współczesnej. Krystyna Kolwas Instytut Fizyki PAN, ON2.2 Budynek VIII, pokój 4. www.ifpan.edu.pl/ON-2/on22/staff/kolwak.html. Wprowadzenie. Po co zajmować się optyką? Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi. węgiel, ropa spadająca woda - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Wstęp do optyki współczesnej

Page 1: Wstęp  do  optyki współczesnej

Wstęp Wstęp do do

optyki współczesnejoptyki współczesnej

Krystyna KolwasKrystyna Kolwas

Instytut Fizyki PAN, ON2.2Instytut Fizyki PAN, ON2.2Budynek VIII, pokój 4.Budynek VIII, pokój 4.

www.ifpan.edu.pl/ON-2/on22/staff/kolwak.html

Page 2: Wstęp  do  optyki współczesnej

WprowadzenieWprowadzeniePo co zajmować się optyką?

Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi

• węgiel, ropa• spadająca woda• wiatry• baterie słoneczne

Page 3: Wstęp  do  optyki współczesnej

WprowadzenieWprowadzeniePo co zajmować się

optyką?

Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi

Wzrok jest najważniejszym zmysłem, jakim dysponujemy

Współczesne fascynacje: informatyka kwantowa, fotonika, …

+ 1,6 – 2 mln włókien nerwowych

Blisko 90% informacji o otoczeniu uzyskiwane jest przez człowieka za pomocą wzroku

Page 4: Wstęp  do  optyki współczesnej

WprowadzenieWprowadzeniePo co zajmować się

optyką?

Światło jest nośnikiem prawie całkowitej energii dostępnej na Ziemi

Wzrok jest najważniejszym zmysłem, jakim dysponujemy

Współczesne fascynacje: informatyka kwantowa, fotonika, …

1,6 – 2 mln włókien

informacje pobrane za pomocą 250 – 290 mln receptorów

Page 5: Wstęp  do  optyki współczesnej

Czułość spektralna oka

WprowadzenieWprowadzeniePo 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 ograniczonado wąskiego pasma:

Page 6: Wstęp  do  optyki współczesnej

WprowadzenieWprowadzenie

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, splątanie)• kwantowe szyfrowanie informacji (polaryzacja)• kwantowa „teleportacja”• komputery kwantowe? • ……

Komputer kwantowy myślący o kocie Schrödingera

http://www.iwiedza.net/materialy/m012.html

Page 7: Wstęp  do  optyki współczesnej

WprowadzenieWprowadzenie

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

http://ee.usc.edu/research/photonics_quantum.htm

Page 8: Wstęp  do  optyki współczesnej

Trzy sposoby myślenia o świetle:Trzy sposoby myślenia o świetle:

promienie; optyka promienie; optyka geometrycznageometryczna

fale; elektromagnetyzmfale; elektromagnetyzm

cząstki: fotony; fizyka cząstki: fotony; fizyka kwantówkwantów

Page 9: Wstęp  do  optyki współczesnej

Program wykładuProgram wykładuWprowadzenie; historia optyki w Wprowadzenie; historia optyki w

pigułcepigułce

Fale elektromagnetyczne Fale elektromagnetyczne

Fala płaskaFala płaska

Spójność czasowa i przestrzennaSpójność czasowa i przestrzenna

Polaryzacja Polaryzacja

Prędkość grupowa i fazowa; Prędkość grupowa i fazowa;

Czy można pokonać prędkość Czy można pokonać prędkość światła?światła?

Czy można zatrzymać światło?Czy można zatrzymać światło?

Interferencja Interferencja

Widmo elektromagnetyczneWidmo elektromagnetyczne

Skąd się bierze światłoSkąd się bierze światło

Promieniowanie ciała doskonale Promieniowanie ciała doskonale czarnegoczarnego

Promieniowanie reliktowe Promieniowanie reliktowe

Proces widzenia u człowieka Proces widzenia u człowieka

Co jest nie tak z żarówką?Co jest nie tak z żarówką?

Fale a cząstkiFale a cząstki

Lasery i podstawy ich działaniaLasery i podstawy ich działania

Optyczne chłodzenie atomówOptyczne chłodzenie atomów

Równania Maxwella Równania Maxwella

Oddziaływanie światła z materią Oddziaływanie światła z materią

Wielkości mikro- i makroskopoweWielkości mikro- i makroskopowe

Funkcje materiałowe z dyspersją czasową i Funkcje materiałowe z dyspersją czasową i przestrzennąprzestrzenną

Dyspersja czasowa; model funkcji Dyspersja czasowa; model funkcji dielektrycznej Drudego-Lorentza dielektrycznej Drudego-Lorentza

Ujemny współczynnik załamania; Ujemny współczynnik załamania; metamateriałymetamateriały

Rozpraszanie światłaRozpraszanie światła

Odbicie i rozproszenie światła na granicy ośrodkówOdbicie i rozproszenie światła na granicy ośrodków

Fala ewanescentnaFala ewanescentna

Rozpraszanie światła przez małe obiektyRozpraszanie światła przez małe obiekty

Teoria rozpraszania Mie, zależność od Teoria rozpraszania Mie, zależność od rozmiaru rozmiaru

Dlaczego niebo jest niebieskie…Dlaczego niebo jest niebieskie…

Zjawiska optyczne w nanoskali, plazmony Zjawiska optyczne w nanoskali, plazmony powierzchniowepowierzchniowe

Rezonanse plazmonowe w nanocząstkach Rezonanse plazmonowe w nanocząstkach

Niezwykłe właściwości optyczne nanodziurek, Niezwykłe właściwości optyczne nanodziurek, nanostruktury periodycznenanostruktury periodyczne

Optyka nieliniowa; przegląd najważniejszych zjawisk Optyka nieliniowa; przegląd najważniejszych zjawisk

Optyka ultrakrótkich impulsów Optyka ultrakrótkich impulsów

Impulsy światła: częstość a czas: „chip” Impulsy światła: częstość a czas: „chip”

Page 10: Wstęp  do  optyki współczesnej

Źródła (główne)Źródła (główne)wykorzystywane w prezentacjach:wykorzystywane w prezentacjach:

Rick Trebino (Georgia Institute of Technology):Rick Trebino (Georgia Institute of Technology):www.physics.gatech.edu/gcuo/lectures/index.html

Wojciech Gawlik (Instutut Fizyki Uniwersytetu Wojciech Gawlik (Instutut Fizyki Uniwersytetu Jagielońskiego):Jagielońskiego):

www.physics.gatech.edu/gcuo/lectures/index.html

Wikipedia (polska i angielska)Wikipedia (polska i angielska)

World Wide Web World Wide Web

……..

Page 11: Wstęp  do  optyki współczesnej

Historia optyki: czym jest światło?Historia optyki: czym jest światło?

1. Strumień cząstek ? - przenoszenie energii- odbicie- załamanie

ale te muszą mieć jakiś ośrodek (sprężysty), nie rozchodzą się w próżni, a światło owszem!

Hipotezy odnośnie natury światła:Hipotezy odnośnie natury światła:

ale co ze zmianą koloru (kryształy, warstwy, pryzmat)??? polaryzacja, dyfrakcja, interferencja

2. Fale ? znane fale mechaniczne

Co faluje? Koncepcja eteru

Page 12: Wstęp  do  optyki współczesnej

Historia optyki: czym jest światło?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

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.

Page 13: Wstęp  do  optyki współczesnej

Światło Światło według Starego Testamentu według Starego Testamentu

Powiedział tedy Bóg: Niech się stanie światło! I Powiedział tedy Bóg: Niech się stanie światło! I stało się światło. I widział Bóg, że światło było stało się światło. I widział Bóg, że światło było

dobre. Wtedy oddzielił Bóg światło od dobre. Wtedy oddzielił Bóg światło od ciemności. ciemności.

fragment Księgi Rodzaju (~XIII-XII wieku p.n.e. XIII-XII wieku p.n.e. ) we współczesnym przekładzie bpa K. Romaniuka

Page 14: Wstęp  do  optyki współczesnej

Optyka w Starożytności Optyka w Starożytności

Starożytna Grecja (500-300 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)

Piramida w niedaleko Kanun (Egipt), grób faraona

Sesostris II

Najstarsze znalezione miedziane zwierciadła: w

grobach faraonów egipskich (1900 BCE).

Page 15: Wstęp  do  optyki współczesnej

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 (213 -211 BCE).

Jest to historia apokryficzna

Światło jako broń (?) Światło jako broń (?)

Page 16: Wstęp  do  optyki współczesnej

OptOptyka w wiekach średnichyka w wiekach średnich: : AlhazenAlhazen – ojciec optyki – ojciec optyki

Abu Ali Hasan Ibn al-Hajsam, łac. Alhazen, (965 - 1038). 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.

• 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

Page 17: Wstęp  do  optyki współczesnej

OptOptyka w wiekach średnichyka w wiekach średnich: : WitelonWitelon

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.

Witelon, także: Witelo, Vitellio, Vitello, Vitello Thuringopolonis, Erazm Ciołek (ur. ok. 1230, zm. 1280 -1314) – mnich, fizyk, matematyk,

filozof, twórca podstaw psychologii spostrzegania.

Urodził się na Dolnym Śląsku, prawdopodobnie w Legnicy.

Page 18: Wstęp  do  optyki współczesnej

OptOptykayka we wczesnych latachwe wczesnych latach 1717ego wieku:ego wieku: Europ Europaa

GalileGalileuszusz ((Galileo GalileiGalileo Galilei) ) (1564-1642)(1564-1642) włoski astronom, włoski astronom, astrolog, fizyk i filozof, twórca astrolog, fizyk i filozof, twórca

podstaw nowożytnej fizyki.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).

Rysunki księżyca wykonane przez Galileusza

Galileo Galilei (1564-1642)

Page 19: Wstęp  do  optyki współczesnej

OptOptykayka we wczesnych latachwe wczesnych latach 1717ego wieku:ego wieku: Europ Europaa

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.

GalileGalileuszusz ((Galileo GalileiGalileo Galilei) ) (1564-1642)(1564-1642) włoski astronom, włoski astronom, astrolog, fizyk i filozof, twórca astrolog, fizyk i filozof, twórca

podstaw nowożytnej fizyki.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).

Page 20: Wstęp  do  optyki współczesnej

Willebrord SnellWillebrord Snell

Willebrord Snell (1580 - 1626) znany także jako Snellius lub Snel van Royen -

holenderski astronom i matematyk.

Najbardziej znany ze swojego prawa załamania, sformułowanego na podstawie

przeprowadzonych eksperymentów

Willebrord Snell (1591-1626)

Prawo SnellaPrawo Snella:promienie padający i załamany oraz normalna do

granicy ośrodków leżą w jednej płaszczyźnie, a kąty spełniają zależność:

n1

n2

1

2

ni jest współczynnikiem załamania

Page 21: Wstęp  do  optyki współczesnej

Optyka w Optyka w XVII XVII wieku:wieku:Kartezjusz Kartezjusz

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). Rene Descartes (1596-1659)

Page 22: Wstęp  do  optyki współczesnej

Christiaan HuygensChristiaan Huygens Christiaan Huygens (1629-1695) -

holenderski matematyk, fizyk oraz astronom

Jego doświadczenia potwierdzały teorię o Jego doświadczenia potwierdzały teorię o falowej naturze światła. falowej naturze światła.

Badał rBadał róównież zjawisko załamania światła w wnież zjawisko załamania światła w rróóżnych materiałach, zauważył,żnych materiałach, zauważył,

że światło zwalnia po przejściu do ośrodka że światło zwalnia po przejściu do ośrodka gęstszego. gęstszego.

Objaśnił zjawisko polaryzacji i podwObjaśnił zjawisko polaryzacji i podwóójnego jnego odbiciaodbicia..

Podwójne odbicie

Christiaan Huygens (1629-1695)

Zasada Huygensa: każdy punkt Zasada Huygensa: każdy punkt ośrodka, do którego dotarło czoło fali ośrodka, do którego dotarło czoło fali można uważać za źródło nowej fali można uważać za źródło nowej fali kulistej. Fale te interferują ze sobą. kulistej. Fale te interferują ze sobą. Wypadkową powierzchnię falową Wypadkową powierzchnię falową tworzy powierzchnia styczna do tworzy powierzchnia styczna do wszystkich powierzchni fal wszystkich powierzchni fal cząstkowych i ją właśnie cząstkowych i ją właśnie obserwujemy w ośrodku.obserwujemy w ośrodku.

Page 23: Wstęp  do  optyki współczesnej

Isaac NewtonIsaac Newton

Pokazał, że pryzmat może rozszczepić białe światło w Pokazał, że pryzmat może rozszczepić białe światło w widmo barw, że soczewka i drugi pryzmat umożliwiają widmo barw, że soczewka i drugi pryzmat umożliwiają

ponownie uzyskanie białego światła z kolorowego widma.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).

Sir Isaac Newton (1643-1727, 1642- 1727 (jul.)), angielski fizyk,

matematyk, astronom, filozof, historyk, badacz Biblii i alchemik.

Isaac Newton (1642-1727)

Niektórzy uważają, że autorytet Newtona opóźnił rozwój teorii falowej światła o 100 lat

popierał koncepcję korpuskularną!

Page 24: Wstęp  do  optyki współczesnej

Wiek XVIII iWiek XVIII i XIXXIX::

Thomas Young (1773-1829) – 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

Page 25: Wstęp  do  optyki współczesnej

18th and 19th century Optics:18th and 19th century Optics:

Augustin Fresnel(1788-1827)

Augustin Jean Fresnel (1788-1827) 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.

Page 26: Wstęp  do  optyki współczesnej

18th and 19th century Optics:18th and 19th century Optics:

Augustin Fresnel(1788-1827)

Augustin Jean Fresnel (1788-1827) francuski inżynier i fizyk.

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.

Page 27: Wstęp  do  optyki współczesnej

James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell (1831-1879)

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.

2

0

10

BE E

t

EB B

c t

Z rZ róównań tych Maxwell wywnioskował, że zmienne pole elektryczne w prwnań tych Maxwell wywnioskował, że zmienne pole elektryczne w próóżni wywołuje zmienne pole żni wywołuje zmienne pole magnetyczne a zmienne pole magnetyczne wywołuje zmienne pole elektryczne. Zmiany te, to fala magnetyczne a zmienne pole magnetyczne wywołuje zmienne pole elektryczne. Zmiany te, to fala elektromagnetyczna, rozchodzą się z prędkością: elektromagnetyczna, rozchodzą się z prędkością:

Jest to prędkość światła.Jest to prędkość światła.Fala elektromagnetyczna przewidziana przez Maxwella została odkryta przez H. Hertza w 1888.Fala elektromagnetyczna przewidziana przez Maxwella została odkryta przez H. Hertza w 1888.

H H H HEEE

Page 28: Wstęp  do  optyki współczesnej

James Clerk MaxwellJames Clerk Maxwell

James Clerk Maxwell (1831-1879)

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.

„Chyba nie można uniknąć wniosku, że światło polega na poprzecznym falowaniu tego samego ośrodka, który wywołuje zjawiska elektryczne i magnetyczne”.

2

0

10

BE E

t

EB B

c t

Page 29: Wstęp  do  optyki współczesnej

Michelson & MorleyMichelson & MorleyAlbert Abraham Michelson (1852

Strzelno, Kujawy, - 1931) – amerykański fizyk.

Własnoręcznie skonstruowanym interferometrem Własnoręcznie skonstruowanym interferometrem pokazał, że wzorzec metra (Paryż) jest pokazał, że wzorzec metra (Paryż) jest

równoważny 1 553 163,5 długości fal czerwonego równoważny 1 553 163,5 długości fal czerwonego światła kadmu (nagroda Nobla 1907r.) światła kadmu (nagroda Nobla 1907r.)

Wraz z Morlayem przeprowadził eksperyment Wraz z Morlayem przeprowadził eksperyment dowodzący, że prędkość światła nie zależy od dowodzący, że prędkość światła nie zależy od

ruchu Ziemi (o wschodzie i o zachodzie światło ruchu Ziemi (o wschodzie i o zachodzie światło napływa od Słońca z tą samą prędkością). napływa od Słońca z tą samą prędkością).

Doświadczenie pokazało, że prędkość Ziemi Doświadczenie pokazało, że prędkość Ziemi względem eteru jest 0, co praktycznie dowodziło względem eteru jest 0, co praktycznie dowodziło

braku eteru. Negatywny wynik doświadczenia stał braku eteru. Negatywny wynik doświadczenia stał się doświadczalną podstawą teorii względności.się doświadczalną podstawą teorii względności.

Edward Morley (1838-1923)

Albert Michelson (1852-1931)

Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca.Ziemia

(jesień)

Ziemia(wiosna)

Page 30: Wstęp  do  optyki współczesnej

Doświadczenie Doświadczenie MichelsonMichelsona-a-MorleyMorleyaa

Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca.Ziemia

(jesień)

Ziemia(wiosna)

-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

Page 31: Wstęp  do  optyki współczesnej

Doświadczenie Doświadczenie MichelsonMichelsona-a-MorleyMorleyaa

Wiatr eteru wywołany ruchem Słońca i Ziemi wokół Słońca.Ziemia

(jesień)

Ziemia(wiosna)

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

Page 32: Wstęp  do  optyki współczesnej

Albert EinsteinAlbert EinsteinAlbert Einstein (1879-1955) – jeden z Albert Einstein (1879-1955) – jeden z

największych fizyków-teoretyków największych fizyków-teoretyków naszych czasów, twórca szczególnej i naszych czasów, twórca szczególnej i

ogólnej teorii względności, ogólnej teorii względności, współtwórca korpuskularno-falowej współtwórca korpuskularno-falowej

teorii światła. Laureat Nagrody Nobla teorii światła. Laureat Nagrody Nobla za wyjaśnienie efektu za wyjaśnienie efektu

fotoelektrycznego. Einstein wniósł też fotoelektrycznego. Einstein wniósł też swój wkład do rozwoju filozofii nauki.swój wkład do rozwoju filozofii nauki. Albert Einstein (1879-1955)

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)

Page 33: Wstęp  do  optyki współczesnej

Albert EinsteinAlbert EinsteinAlbert Einstein (1879-1955) – jeden z Albert Einstein (1879-1955) – jeden z

największych fizyków-teoretyków największych fizyków-teoretyków naszych czasów, twórca szczególnej i naszych czasów, twórca szczególnej i

ogólnej teorii względności, ogólnej teorii względności, współtwórca korpuskularno-falowej współtwórca korpuskularno-falowej

teorii światła. Laureat Nagrody Nobla teorii światła. Laureat Nagrody Nobla za wyjaśnienie efektu za wyjaśnienie efektu

fotoelektrycznego. Einstein wniósł też fotoelektrycznego. Einstein wniósł też swój wkład do rozwoju filozofii nauki.swój wkład do rozwoju filozofii nauki. Albert Einstein (1879-1955)

W oddziaływaniu fotonów z atomami zapostulował istnienie emisji wymuszonej, zjawiska symetrycznego względem absorpcji fotonów przez atomy. Emisja wymuszona leży u podstaw działania laserów.

Page 34: Wstęp  do  optyki współczesnej

““Light is, in short, the most refined Light is, in short, the most refined form of matter.” form of matter.”

Louis de Broglie

Page 35: Wstęp  do  optyki współczesnej

Dziękuję za uwagęDziękuję za uwagę