To φως ως κύμα
Μιλώντας για κύματα και σωματίδια είναι απαραίτητο να γίνει μια προσπάθεια να οριστούν αυτές οι έννοιες έστω και σε αδρές γραμμές. Να δούμε δηλαδή τα χαρακτηριστικά τους για να κατανοήσουμε πως κινούνταν η σκέψη των επιστημόνων στο παρελθόν.
Το American Heritage Dictionary περιγράφει ένα κύμα ως: μία διαταραχή ή μια ταλάντευση, η οποία διαδίδεται από σημείο σε σημείο σε ένα μέσο ή στο κενό.
Συνεπώς, αν ρίξουμε μια πέτρα μέσα στο νερό μιας λίμνης, τότε θα δούμε μια σειρά κύκλων, που θα ανοίγουν όλο και περισσότερο, όσο περνάει ο χρόνος και θα μεταδίδονται με μια ορισμένη ταχύτητα. Μία μεγαλύτερη πέτρα θα προκαλέσει ακόμα πιο έντονους κυματισμούς κ.ο.κ.
Τα παραπάνω χαρακτηριστικά ορίζονται με συγκεκριμένα ονόματα, που ως γνωστόν είναι:
- Η συχνότητα, που δείχνει τον αριθμό των κορυφών των κυμάτων που θα περάσουν από κάποιο σημείο στη μονάδα του χρόνου
- Το μήκος κύματος, που δείχνει την απόσταση μεταξύ δύο κορυφών
- Το πλάτος, που είναι η απόσταση μεταξύ του μέγιστου και του ελάχιστου σε ένα κύμα
H ταχύτητα φάσης και η ταχύτητα ομάδας
Ας δούμε τώρα για λίγο τα πράγματα από μια άλλη σκοπιά. Μια φήμη ξεκινά απ' τη Αθήνα και πολύ γρήγορα φθάνει στη Θεσσαλονίκη, αν και κανένας άνθρωπος δεν έχει ταξιδέψει απ' τη μία πόλη στην άλλη. Στην περίπτωση αυτή έχουμε να κάνουμε με δύο κινήσεις: Αυτή του νέου που διαδίδεται απ' τη μία πόλη στην άλλη κι αυτή των ανθρώπων, που αν και δε μετακινούνται μεταξύ των δύο πόλεων, αλλά δεν παύουν να κινούνται στην πόλη τους και να διαδίδουν το νέο. Αν κι έμμεσα, μόλις εισήχθηκαν δύο νέες έννοιες, αυτή της ταχύτητας ομάδας ug και της ταχύτητας φάσης up. Η ταχύτητα ομάδας δείχνει πόσο γρήγορα μετακινείται ολόκληρη η κυματοομάδα, ενώ η ταχύτητα φάσης την «εσωτερική» κίνηση των κυμάτων στο πέρασμα τους. Μία ενδιαφέρουσα διαφορά στην υφή των δύο ταχυτήτων είναι το ότι η ταχύτητα ομάδας δε μεταφέρει ενέργεια, σε αντίθεση με την ταχύτητα φάσης. Έτσι είναι δυνατό η ταχύτητα ομάδας να είναι μεγαλύτερη απ' την ταχύτητα του φωτός, καθώς η ταχύτητα φωτός αφορά τη μεταφορά ενέργειας.
Ένα παράδειγμα, που κάνει πιο κατανοητά τα παραπάνω είναι το πολυχρησιμοποιημένο της πέτρας που πέφτει στο νερό της λίμνης. Τα κύματα διαδίδονται σε κύκλους, οι οποίοι απλώνονται όλο και περισσότερο, αλλά υπάρχει μία διαφορά: Η κίνηση του κύματος είναι τελείως διαφορετική απ' την κίνηση των μορίων του νερού. Τα μόρια απλώς ανεβοκατεβαίνουν. Η κίνηση που βλέπουμε είναι η κίνηση μιας κατάστασης της ύλης κι όχι η κίνηση της ύλης της ίδιας. Και πιο φανερή απόδειξη αυτού δεν υπάρχει, παρά αν απλώς παρατηρήσουμε ένα κομμάτι φελλού πάνω στη λίμνη. Ο φελλός, θα δούμε ότι, θα ανεβοκατεβαίνει ακολουθώντας την πραγματική κίνηση του νερού και δε θα παρασύρεται απ' το κύμα.
Για τα σωματίδια τα πράγματα είναι πιο απλά. Ένα σωματίδιο χαρακτηρίζεται απ' τη μάζα του κι από άλλα μετρούμενα χαρακτηριστικά (για παράδειγμα το φορτίο του). Η καθημερινή εμπειρία μας βεβαιώνει ότι τα σωματίδια και τα κύματα συμπεριφέρονται πολύ διαφορετικά. Για παράδειγμα δύο άνθρωποι που στέκονται δεξιά κι αριστερά ενός τοίχου κι ο ένας απ' τους δύο πετάξει ένα μπαλάκι (σώμα) προς τον άλλο, τότε το μπαλάκι θα χτυπήσει στον τοίχο, ενώ, αν μιλήσει ο ένας στον άλλο, η φωνή (κύμα) του θα ακουστεί. Τα κύματα, λοιπόν έχουν την ιδιότητα να παρακάμπτουν τα εμπόδια (μέχρι κάποιου σημείου βέβαια), ενώ τα σωματίδια δεν μπορούν.
Οι παραπάνω σκέψεις για τα ηχητικά κύματα είναι γνωστές. Αλλά, αν το φως είναι κύμα, γιατί δε συμπεριφέρεται με τον ίδιο τρόπο;
Σχετικοί Σύνδεσμοι (εξωτερικές σελίδες)
