Парадоксът с трите поляризатора

1 · Предскажи

Два кръстосани поляризатора (90° един от друг) блокират цялата светлина. Ако вмъкнеш ТРЕТИ поляризатор между тях под някакъв ъгъл, позволява ли добавянето на още един блокиращ елемент да мине ПОВЕЧЕ светлина?

• Не — добавянето на който и да е допълнителен поляризатор може само да блокира повече светлина, никога по-малко.
• Изненадващо, да — среден поляризатор под междинен ъгъл реално пропуска част от светлината обратно, повече поляризатори парадоксално възстановявайки предаването.
• Добавянето на трети поляризатор не променя нищо, ако външните двама са пак кръстосани.

2 · Постановка

1. Отвори настройката три поляризатора и натисни Нулирай. Външните поляризатори са фиксирани на 0° и 90° (кръстосани); средният започва на 45°.
2. Включи показанието за краен предаден интензитет.
3. Задай ъгъла на средния поляризатор за всеки опит (външните фиксирани на 0° и 90°) и запиши частта светлина, която минава през всичките три.

3 · Събери данни

Чертай предадената част (ос y) спрямо средния ъгъл (ос x) за трите си опита. Ненулева ли е някога?

4 · Анализирай

1. За един опит изчисли предадената част като 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid), където първоначалният фактор 0.5 отчита неполяризираната светлина, минаваща първия поляризатор, после две стъпки по закона на Малюс (0° към θ_mid, после θ_mid към 90°). Сравни с таблицата. Потвърди, че θ_mid = 45° дава точно 1/8.
2. Обясни защо среден поляризатор на 45° — точно по средата между кръстосаните външни — максимизира изненадващия ефект „пропусни светлината обратно“: всяка стъпка от 45° сама предава cos²(45°) = 50%, много по-добре от скока направо от 0° към 90° (който предава 0%).

5 · Надгради

1. Този ефект „повече филтри, повече предаване“ има известен квантов механичен аналог (експериментът с трите поляризатора, демонстриращ че измерването променя кваново състояние). Обясни, в класически вълнови термини, защото всеки поляризатор не просто „избира“ вече-съществуваща светлина на собствената си ориентация, а активно проектира светлината върху собствената си ос, променяйки състоянието ѝ.
2. Какво става с предадената част, когато ъгълът на средния поляризатор приближава 0° (подравнен с първия) или 90° (подравнен с последния)? Ползвай формулата си, за да провериш и двете граници, и обясни физически защо имат смисъл.

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат