세 가지 편광판의 역설

1 · 예측

두 개의 교차된 편광판(90° 간격)이 모든 빛을 차단합니다. 어떤 각도로 그 사이에 세 번째 편광판을 삽입하면 다른 차단 요소를 추가하면 더 많은 빛이 통과됩니까?

• 아니요. 추가 편광판을 추가하면 더 많은 빛만 차단할 수 있습니다.
• 놀랍게도 그렇습니다. 중간 각도의 중간 편광판은 실제로 일부 빛을 다시 통과시키고 역설적으로 더 많은 편광판이 투과를 복원합니다.
• 세 번째 편광판을 추가해도 바깥쪽 두 편광판이 여전히 교차되어 있으면 아무 것도 변경되지 않습니다.

2 · 설정

1. three-polarizers 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 외부 편광판은 0°와 90°(교차)로 고정됩니다. 중간은 45°에서 시작합니다.
2. 최종 투과 세기 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행(0° 및 90°로 고정된 외부 편광판)에 대해 중간 편광판의 각도를 설정하고 세 가지를 모두 통과하는 빛의 비율을 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 투과 비율(y축)을 중간 각도(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 0이 아닌 경우가 있습니까?

4 · 분석

1. 한 번의 시행에서는 전송된 비율을 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid)로 계산합니다. 여기서 초기 0.5 요소는 첫 번째 편광판을 통과하는 편광되지 않은 빛을 설명한 다음 두 개의 Malus의 s-law 단계(0°에서 θ_mid, θ_mid에서 90°)를 설명합니다. 표와 비교해 보세요. θ_mid = 45°가 정확히 1/8임을 확인합니다.
2. 45°의 중간 편광판(교차된 외부 편광판 사이의 정확히 중간)이 놀라운 '빛을 다시 통과시키는' 효과를 최대화하는 이유를 설명하십시오. 각 45° 단계만으로도 cos²(45°) = 50%를 전송하며, 이는 0°에서 90°로 직선으로 점프하는 것(0%를 전송함)보다 훨씬 낫습니다.

5 · 확장

1. 이 '필터가 많을수록 투과가 더 많다'는 효과는 유명한 양자역학적 유사물을 가지고 있습니다(측정이 양자 상태를 바꾼다는 것을 보여주는 삼중 편광판 실험). 고전 파동 관점에서, 각 편광판이 왜 단순히 자신의 방향과 이미 일치하는 빛을 '선택'하는 것이 아니라, 빛을 자신의 축에 능동적으로 투영하여 그 상태를 바꾸는지 설명하세요.
2. 중간 편광판의 각도가 0°(첫 번째와 정렬됨) 또는 90°(마지막과 정렬됨)에 접근하면 투과된 부분에 어떤 일이 발생합니까? 공식을 사용하여 두 한계를 모두 확인하고 그 한계가 타당한 이유를 물리적으로 설명하세요.

이 실험의 물리학

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