Чи є в дзеркалах магія? Частина 4

Фізика, з моєї точки зору, - це те, що допомагає зрозуміти явища, пояснити легенди, знайти раціональне обгрунтування позамежного.

Фізика дзеркал

Розглянемо звичайний процес відображення спрощено, на рівні шкільного курсу фізики. Не будемо заглиблюватися в квантову механіку та інші наукові премудрості. Подивимося, що можна побачити, виходячи з самих елементарних понять.

Існує падаюча хвиля, яка відображає поверхню і відбита хвиля. Як відомо, падаюча хвиля не ідентична відображеної. Цією властивістю відображають поверхонь успішно користуються. Наприклад, воно застосовується для дослідження складу, властивостей і структури речовини. Раніше оптичні характеристики речовини, необхідні для з'ясування його властивостей і структури, визначалися в основному за параметрами проходить світла. Тим часом, світло, відбите від речовини, несе в собі не меншу, а часто більшу кількість інформації про властивості цієї речовини. Ця інформація не ідентична одержуваної «на просвіт» і доповнює її.

Але ми-то, стоячи перед дзеркалом, благополучно забуваємо все те, чому нас вчили в школі. Ми довірливо вдивляємося в гладку поверхню, очікуючи, що вона повідомить нам істину. А все тому, що наше відображення схоже на те уявлення, яке ми склали про себе. Або ми запевнили себе в тому, що воно не просто схоже, а абсолютно відповідає істині. Але воно не є ідентичним, не слід про це забувати. Це - інша хвиля, з іншими властивостями і характеристиками. Говорячи простіше: щось залишилося всередині дзеркала, а щось прийшло до нас із задзеркалля. Фактично, якщо розглядати процес відображення, згідно понять класичної фізики, можна зробити висновок, що дійсно дзеркало «зберігає» в собі зображення всіх, хто коли-небудь виглядав у нього. Так що це не зовсім бабусина казка.

Слід врахувати і той момент, що падаюча хвиля складається не тільки з видимого діапазону. Людина випромінює ще й в невидимому діапазоні, відповідно, відбита хвиля - це теж не тільки видиме світло. Так що, якщо зміни між падаючої і відбитої хвилею відбуваються в невидимому діапазоні випромінювання, то людина, що виглядає в дзеркало, їх просто не помічає.

Інша справа, на який термін дзеркало зберігає отриману інформацію. Подивимося, що відбувається з падаючим світлом всередині дзеркала. Адже не забивається ж світлова хвиля в кут, криючись там до того моменту, коли дзеркало розіб'ють.

При відображенні світла від прозорого середовища сумарна енергія електромагнітного поля залишається незмінною, змінюється лише його конфігурація (напрям поширення). Проте вже в цьому випадку відбуваються проміжні процеси перетворення енергії. Енергія падаючої хвилі перетворюється (частково) в енергію вимушених коливань частинок середовища. Ці коливання породжують вторинні хвилі. Додавання падаючої хвилі з вторинними хвилями створює відображені і заломлені хвилі. Всі ці процеси відбуваються в дуже тонкому шарі поблизу кордону розділу.

Але дзеркало не є прозорою середовищем. У дзеркалах відображає поверхнею є метал. У металах падаюча хвиля поглинається практично повністю в тонкому шарі (порядку 100 ангстрем), енергія її перетворюється в основному в енергію руху електронної плазми. Рухомі електрони випромінюють, в результаті чого формується відбита хвиля, забирає до 99% і більше спочатку поглиненої енергії-лише мала частка йде на «розігрів» решітки металу.

Таким чином, в відбиває середовищі є певний запас енергії. Ця енергія доставляється в процесі встановлення та формування відбитого поля, а в стаціонарному стані лише підтримується певним потоком енергії з падаючої хвилі. Запас цей в поглинаючої середовищі (у дзеркалі) може бути значним, навіть при повному внутрішньому відображенні. В неоднорідних, наприклад, митних та дисперсних, середовищах, час встановлення поля може бути значним через велику глибину пробігу фотонів, що формують відбите світло за рахунок багаторазового розсіювання. У цьому випадку може відбуватися процес «полону випромінювання». Чим більше неоднорідність дзеркала, тим більше енергії «полонить».

Здавалося б, ну, застрягло щось у дзеркалі, ну і нехай. Все одно якісь дрібниці, які самі по собі розсіються. А ось це не зовсім вірно. Сама найпростіша аналогія - пластмаса і вогонь. Уявіть, що ви пронесли над вогнем пластикову лінійку. Що буде? Правильно, нагріється. Але якщо пронести швидко, то ніяких зовнішніх змін помітно не буде. А внутрішні зміни відбудуться. Але якщо тепловий вплив зовсім нетривалий, то ці зміни будуть несуттєвими. Тепер будемо нести цю лінійку повільніше. На цей раз вже почнуться і зовнішні зміни, пластик «потече». Якщо ж залишити лінійку на вогні, то в дуже незабаром від неї залишиться тільки маленька купка спеченого пластмаси.

Те ж і з дзеркалом. Енергія, «полонять» всередині відбиває шару, викликає зміни цього шару. Формуються носії інформації за принципом опуклість / угнутість. Як доріжки на грамплатівці. А неоднорідність відображає середовища допомагає утримувати все більшу кількість енергії, що викликає формування «матриці образу». Виходить, що чим більше людина дивиться в дзеркало, тим виразніше «віддруковується» його образ всередині дзеркала. Тобто, ваше дзеркало зберігає в собі ваш образ. Якщо ж хтось подивився в ваше дзеркало один раз, то його образ, звичайно ж, теж зберігся, «наклавшись» на вашу «матрицю». Але якщо сторонній вплив нетривало, то його наслідки дуже швидко зникнуть.

Звідки ж виникає ця сама неоднорідність дзеркала? Та при виготовленні! Адже дзеркала виготовляються потоковим методом, і ніхто ще не створював для побутового користування дзеркало з ідеально відображає поверхнею, з абсолютно точно вивіреним складом відбиває шару, з ретельно перевіреної на наявність дефектів кристалічною решіткою, ідеально гладке і безкрає (щоб виключити дефекти краю). Та це було б дивно, якби таке дзеркало створили. Аж надто дорогим був би процес для того, щоб використовувати потім подібне дзеркало для розглядання зачіски або нанесення косметики.

У загальному випадку, дефекти кристалічної решітки бувають такі:

- недосконалості нульової розмірності, або точкові дефекти - вакансії, міжвузольні атоми, центри забарвлення, парні вакансії, кластери;

- одномірні, або лінійні, недосконалості - діслокаціі;

- двовимірні, або поверхневі, порушення - межі зерен, двійникові кордону, міжфазні межі, дефекти упаковки, поверхні крісталла;

- тривимірні, або об'ємні, порушення - пори, включення другої фази, домішкові скупчення, а також інші об'ємні дефекти.

Очевидно, що дзеркало є зібранням всіх типів дефектів разом. А адже будь-який дефект впливає на «обробку» поглиненої світлової хвилі. На параметри відбитого світла впливають найтонші (аж до мономолекулярних) поверхневі шари та їх особливості. Виходить, чим більше дефектів, тим більше відрізняється відбита хвиля від падаючої. А невелика зміна падаючої хвилі може привести до великих змін хвилі відбитої.

Продовження «Фізики дзеркал» - в наступній частині.