A három-polárizátoros paradoxon

1 · Jóslás

Két keresztezett polárizátor (90°-ra) az összes fényt blokkolja. Ha egy HARMADIK polárizátort szúrsz be közéjük valamilyen szögben, a további blokkoló elem hozzáadása TÖBB fényt enged át?

• Nem — bármely további polárizátor hozzáadása csak több fényt zárhat el, soha nem kevesebbet.
• Mglepő módon igen — a középső polárizátor közbülső szögen valójában visszahoz némi fényt, több polárizátor paradox módon helyreállítva az átvitelt.
• A harmadik polárizátor hozzáadása semmit nem változtat, ha a két külső továbbra is keresztezett.

2 · Előkészítés

1. Nyisd meg a three-polarizers előbeállítást, és nyomd meg a Visszaállítást. A külső polárizátorok rögzítve 0°-on és 90°-on (keresztezve); a középső 45°-on indul.
2. Engedélyezd a végleges átvitt intenzitás kijelzőt.
3. Állítsd be a középső polárizátor szögét minden mérésnél (a külsők 0°-on és 90°-on rögzítve), és rögzítsd a mindháromon átjutó fény hányadát.

3 · Adatgyűjtés

Ábrázold az átvitt hányadot (y-tengely) a középső szöggel (x-tengely) szemben a három mérésedhez. Valaha nem nulla?

4 · Elemzés

1. Egy mérésnél számítsd ki az átvitt hányadot 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid) képlettel, ahol a kezdeti 0.5 faktor a polárizálatlan fény első polárizátoron átjutását fedezi, majd két Malus-törvény lépés (0°-ról θ_mid-re, majd θ_mid-ről 90°-ra). Hasonlítsd a táblázathoz. Erősítsd meg, hogy θ_mid = 45° pontosan 1/8-et ad.
2. Magyarázd meg, miért maximalizálja a 45°-os középső polárizátor — pontosan félúton a keresztezett külsők közt — a meglepő „engedjük vissza a fényt” hatást: minden egyes 45°-os lépés önmagában cos²(45°) = 50%-ot továbbít, sokkal jobban, mint egyenesen 0°-ról 90°-ra ugrani (ami 0%-ot továbbít).

5 · Kiterjesztés

1. Ennek a „több szűrő, több átvitel” hatásnak híres kvantummechanikai analógja van (a három-polárizátoros kísérlet, amely megmutatja, hogy a mérés megváltoztatja a kvantumállapotot). Magyarázd meg klasszikus hullámési értelemben, miért nem egyszerűen „válogatja ki” minden polárizátor a saját irányú, előre létező fényt, hanem aktívan a saját tengelyére vetíti a fényt, megváltoztatva annak állapotát.
2. Mi történik az átvitt hányaddal, ahogy a középső polárizátor szöge a 0°-hoz (az elsővel egyvonalban) vagy a 90°-hez (az utolsóval egyvonalban) közelít? Használd a képletedet mindkét határ ellenőrzésére, és magyarázd meg fizikailag, miért értelmesek.

A fizika a kísérlet mögött

← Vissza a kísérlethez

138 ingyenes nyomtatható fizikai munkalap