مفارقة المستقطبات الثلاثة

1 · توقّع

مستقطبان متعامدان (90° تباعدًا) يحجبان كل الضوء. إذا أدخلت مستقطبًا ثالثًا بينهما بزاوية ما، فهل إضافة عنصر حاجب آخر تسمح بمرور ضوء أكثر؟

• لا — إضافة أي مستقطب آخر لا تحجب إلا مزيدًا من الضوء، أبدًا لا أقل.
• بشكل مفاجئ، نعم — مستقطب أوسط بزاوية وسيطة يسمح فعلًا بعودة بعض الضوء، فمستقطبات أكثر تعيد الانتقال تناقضيًا.
• إضافة مستقطب ثالث لا تغير شيئًا ما دام الخارجيان متعامدين.

2 · التجهيز

1. افتح تجربة المستقطبات الثلاثة واضغط إعادة. المستقطبان الخارجيان مثبتان عند 0° و90° (متعامدان)؛ والأوسط يبدأ عند 45°.
2. فعّل قراءة الشدة المنقولة النهائية.
3. اضبط زاوية المستقطب الأوسط لكل تجربة (الخارجيان مثبتان عند 0° و90°) وسجل الكسر الذي ينجو عبر الثلاثة.

3 · اجمع البيانات

ارسم الكسر المنقول (المحور y) مقابل زاوية الأوسط (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل يكون غير صفري يومًا؟

4 · حلّل

1. لمحاولة واحدة، احسب الكسر المنقول 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid)، حيث يفسر العامل الابتدائي 0.5 مرور الضوء غير المستقطب بالمستقطب الأول، ثم خطوتا قانون مالوس (من 0° إلى θ_mid، ثم من θ_mid إلى 90°). قارن بالجدول. أكد أن θ_mid = 45° تعطي 1/8 تمامًا.
2. اشرح لماذا المستقطب الأوسط عند 45° — منتصف الطريق تمامًا بين المتعامدين الخارجيين — يعظم التأثير المفاجئ «إعادة إمرار الضوء»: كل خطوة 45° وحدها تنقل cos²(45°) = 50%، أفضل بكثير من القفز مباشرة من 0° إلى 90° (الذي ينقل 0%).

5 · وسّع

1. لهذا الأثر «مزيد من المرشحات، مزيد من الانتقال» نظير ميكانيكي-كمومي شهير (تجربة المستقطبات الثلاثة البرهنة على أن القياس يغير الحالة الكمومية). بلغة الموجة الكلاسيكية، اشرح لماذا لا «ينتقي» كل مستقطب ضوءًا مسبق الوجد بتوجهه فحسب، بل يُسقط الضوء فعليًا على محوره مغيّرًا حالته.
2. ماذا يحدث للكسر المنقول مع اقتراب زاوية المستقطب الأوسط من 0° (محاذيًا للأول) أو 90° (محاذيًا للأخير)؟ تحقق من الحدين بصيغتك واشرح فيزيائيًا لماذا هما منطقيان.

الفيزياء خلف هذه التجربة

← عودة إلى التجربة