พาราด็อกซ์สามโพลาไรซ์

1 · ทำนาย

โพลาไรซ์ไขว้สองตัว (ต่างกัน 90°) บังแสงทั้งหมด ถ้าแทรกโพลาไรซ์ “ตัวที่สาม” ไว้ระหว่างกลางที่มุมใดมุมหนึ่ง การเพิ่มตัวบังอีกตัวจะยอมให้แสงผ่าน “มากกว่าเดิม” ได้หรือไม่

• ไม่ — เพิ่มโพลาไรซ์ใด ๆ บังแสงได้มากขึ้นเท่านั้น ไม่มีน้อยลง
• อย่างน่าประหลาดใจ ใช่ — โพลาไรซ์กลางที่มุมกลาง ๆ ยอมให้แสงกลับมาผ่านได้จริง เพิ่มโพลาไรซ์กลับคืนการส่งผ่านอย่างขัดสามัญ
• การเพิ่มตัวที่สามไม่เปลี่ยนอะไรถ้าสองตัวนอกยังไขว้กัน

2 · จัดเตรียม

1. เปิดค่าที่ตั้งไว้ three-polarizers แล้วกดรีเซ็ต ตัวนอกตายตัวที่ 0° และ 90° (ไขว้) ตัวกลางเริ่มที่ 45°
2. เปิดค่าแสดงความเข้มที่ส่งผ่านสุดท้าย
3. ตั้งมุมโพลาไรซ์กลางในแต่ละรอบ (ตัวนอกคงที่ 0° และ 90°) แล้วบันทึกเศษส่วนแสงที่ผ่านทั้งสามตัว

3 · เก็บข้อมูล

พล็อตเศษส่วนที่ส่งผ่าน (แกน y) กับมุมกลาง (แกน x) จากสามรอบการทดลอง เคยเป็นค่าไม่เป็นศูนย์หรือไม่

4 · วิเคราะห์

1. สำหรับหนึ่งรอบ จงคำนวณเศษส่วนที่ส่งผ่านเป็น 0.5·cos²(θ_mid)·cos²(90° − θ_mid) โดยตัวคูณ 0.50 แรกคิดสำหรับแสงไม่โพลาไรซ์ผ่านโพลาไรเซอร์แรก แล้วอีกสองขั้นตามกฎมาลุส (0° ไป θ_mid แล้ว θ_mid ไป 90°) เทียบกับตาราง ยืนยันว่า θ_mid = 45° ให้ 1/8 พอดี
2. จงอธิบายว่าทำไมโพลาไรเซอร์กลางที่ 45° ตรงกลางระหว่างตัวนอกที่ตั้งฉากกันพอดี จึงทำให้เอฟเฟกต์ 'ส่งแสงกลับมา' ที่น่าประหลาดใจมากที่สุด แต่ละก้าว 45° ส่งผ่าน cos²(45°) = 50% ดีกว่าการกระโดดจาก 0° ตรงไป 90° (ซึ่งส่งผ่าน 0%) มาก

5 · ต่อยอด

1. ผล “กรองเพิ่ม ส่งผ่านมากขึ้น” นี้มีคู่ขนานดังในกลศาสตร์ควอนตัม (การทดลองสามโพลาไรซ์แสดงว่าการวัดเปลี่ยนสถานะควอนตัม) อธิบายในเชิงคลื่นคลาสสิกว่าเหตุในแต่ละโพลาไรซ์จึงไม่ได้แค่ “คัด” แสงที่มีทิศตรงของตัวเองอยู่แล้ว แต่โพรเจกต์แสงขึ้นแกนของตัวเองอย่างแข็งขัน เปลี่ยนสถานะมัน
2. เศษส่วนที่ส่งผ่านเป็นอย่างไรเมื่อมุมตัวกลางเข้าใกล้ 0° (ขนานตัวแรก) หรือ 90° (ขนานตัวสุดท้าย) ใช้สูตรตรวจทั้งสองขีดและอธิบายเชิงกายภาพว่าเหตุใดจึงสมเหตุสมผล

ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้

← กลับไปการทดลอง