پارادوکس سه‌قطبشگر

1 · پیش‌بینی

دو قطبشگر عمود (90°) همهٔ نور را می‌بندند. اگر سومی را با زاویه‌ای میانشان بگذارید، آیا افزودن یک عنصر بندندهٔ دیگر نورِ بیشتری را عبور می‌دهد؟

• نه — افزودن هر قطبشگر بیشتر فقط نور را بیشتر می‌بندد، هرگز کمتر.
• شگفت‌انگیز ولی بله — قطبشگر میانی با زاویهٔ میانی واقعاً مقداری نور را برمی‌گرداند؛ قطبشگرهای بیشتر، پارادوکس‌وار، گذرده را بازمی‌گردانند.
• افزودن قطبشگر سوم چیزی را عوض نمی‌کند اگر دو بیرونی همچنان عمود باشند.

2 · آماده‌سازی

1. پیش‌تنظیم سه‌قطبشگر را باز کنید و Reset بزنید. قطبشگرهای بیرونی ثابت 0° و 90° (عمود)؛ میانی از 45° شروع می‌کند.
2. قرائت شدت گذرندهٔ نهایی را فعال کنید.
3. زاویهٔ قطبشگر میانی را برای هر آزمایش تنظیم کنید (بیرونی‌ها ثابت 0° و 90°) و کسر نوری را که از هر سه می‌گذرد ثبت کنید.

3 · گردآوری داده

برای سه آزمایش، کسر گذرنده (محور y) را بر حسب زاویهٔ میانی (محور x) رسم کنید. آیا هرگز ناصفر است؟

4 · تحلیل

1. برای یک آزمایش، کسر عبوری را برابر 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid) حساب کنید؛ جملهٔ اولیهٔ 0.5 ناقطبیده بودن نورِ گذرنده از قطبش‌گر اول را جبران می‌کند و سپس دو گام قانون مالوس (از 0° به θ_mid و سپس از θ_mid به 90°). با جدول مقایسه کنید. تأیید کنید θ_mid = 45° دقیقاً 1/8 می‌دهد.
2. توضیح دهید چرا قطبش‌گر میانی در 45° — دقیقاً میانهٔ دو قطبش‌گر متقاطع — اثر شگفت‌انگیز «گذر دوبارهٔ نور» را بیشینه می‌کند: هر گام 45° به‌تنهایی cos²(45°) = 50% عبور می‌دهد، بسیار بهتر از پرش مستقیم از 0° به 90° (که 0% عبور می‌دهد).

5 · گسترش

1. این اثر «صافی بیشتر، گذردهٔ بیشتر» مشهورترین قرینهٔ کوانتومی را دارد (آزمایش سه‌قطبشگر که نشان می‌داد اندازه‌گیری حالت کوانتومی را عوض می‌کند). به زبان موجی کلاسیک توضیح دهید چرا هر قطبشگر فقط نورِ از پیش موجود در جهت خودش را «برنمی‌گزیند»، بلکه فعالانه نور را بر محور خودش می‌افکند و حالتش را عوض می‌کند.
2. با زاویهٔ قطبشگر میانی نزدیک‌شدن به 0° (هم‌راستا با اولی) یا 90° (هم‌راستا با آخری) با کسر گذرنده چه می‌شود؟ هر دو حد را با فرمولتان بررسی کنید و فیزیکی توضیح دهید چرا منطقی‌اند.

فیزیک پشت این آزمایش

← بازگشت به آزمایش