Treść książki
Przejdź do opcji czytnikaPrzejdź do nawigacjiPrzejdź do informacjiPrzejdź do stopki
1.COTOJESTFALAELEKTROMAGNETYCZNA?
Każdafalajestperiodycznymzaburzeniemrozchodzącymsięwczasieiprzestrzeni.Falaprzenosienergię
zjednegomiejscawdrugie.Łatwotosobiewyobrazićobserwująckorekunoszącysięnawodzie.Gdy
dotrzedoniegofala,korekuzyskujeenergiękinetyczną,lecznieporuszasięwrazzfalą,tylkozaczyna
drgaćunoszącsięwgóręiwdół.
Wprzyrodziewystępujątrzytypyfal:
1.Falamechaniczna,czylifalasprężysta,którajestzaburzeniemrozchodzącymsięwmaterii
(ośrodkusprężystym),jaknp.falanawodzieczyfaladźwiękowa(akustyczna).
Możeonabyćpoprzecznaalbopodłużna,czylitaka,wktórejcząsteczkidrgająodpowiednioprostopadle
lubrównolegledokierunkuruchu.Falapodłużnatorozrzedzeniaizgęszczeniamateriiprzemieszczające
sięzgodniezkierunkiemrozchodzeniasięfali.
2.Faleelektromagnetyczna,którajestzaburzeniempolaelektromagnetycznegoiktórejnaturęoraz
własnościopiszemybardziejszczegółowodalej.Spośródznanychwprzyrodzietrzechrodzajówfalfalę
elektromagnetycznąwyróżniazdolnośćdorozchodzeniasięwpróżni.Pozostałefalewymagająobecności
materii.
3.Falamaterii,czylifaladeBroglie’a.HipotezafalmateriisformułowanaprzezksięciaLuisa-
VictoraPierre’aRaymondadeBroglie’abyłaosiągnięciem,zaktóreotrzymałwroku1929NagrodęNobla.
Falamateriitobynajmniejniejestfalawysyłanaprzezmaterię!Poruszającasięmateriazachowujesięjak
falaidlategonazwanojąfaląmaterii.
Wszechświatniejestzbudowanyanizmaterii,anizfal,leczzczegoś,cowzależnościodrodzaju
badanegozjawiskawykazujerazjedne,arazdrugiecechy.Dlategomówisięodualizmiekorpuskularno-
falowym.Zwyklefala,którejźródłemsąobiektymakroskopoweporuszającesięnadużychwskali
atomowejodległościach,jestbardzokrótka.Naprzykładmożnaobliczyć,żedługośćfalimateriidla
człowiekaomasie50kgporuszającegosięzprędkością10km/hpowinnawynosićzaledwie4,77·10–36
m.Dlategochoćzporuszającymsięczłowiekiemjestzwiązanafalamaterii,todługośćtakiejfalijest
natylemała,żeniejestmożliwejestjejwykrycie.Alejużfalazwiązanazelektronamiprzyspieszanymi
wpoluelektrycznymjestmożliwadozaobserwowania.Istnieniefalimateriipotwierdziłojednoz10
najpiękniejszychdoświadczeńwfizyce–doświadczenieClintonaJosephaDavissonaiLesteraHalberta
Germera.Wtymeksperymencieelektronybyłyodbijaneodpłaszczyznkryształuniklu(rozpraszane
naatomachnikluwtymkrysztale),aodbitefalemateriiinterferowałyzesobą,kiedyróżnicaichdróg
optycznychbyłarównacałkowitejwielokrotnościdługościfali.Efektbyłpodobnyjakdlafal
rentgenowskichodbijanychodpłaszczyznkryształu.Davissonwroku1937otrzymałNagrodęNobla
zaodkryciedyfrakcjielektronów.DoświadczenieDavissona–Germerastworzyłopodstawydyfrakcji
elektronowejiumożliwiłozbudowaniemikroskopuelektronowego.Dotychczaszaobserwowanoefekty
potwierdzającefalowąnaturęmateriipolegającenadyfrakcjicząstekelementarnych,całychjąder
atomowych,anawetcałychcząsteczek(fullerenów).Naturafalmateriijestznaczniebardziej
skomplikowananiżfalelektromagnetycznychinadalniedokońcapoznana.
Pozatrzemawymienionymirodzajamifalpostulujesięistnienierównieżinnychfal,np.fal
grawitacyjnych.Wystarczy,żebyplanetaczygwiazdawykonywaładrgania,awówczaswytwarzaneprzez
niąpolegrawitacyjnebędziezaburzane.Zaburzenietobędziesięrozchodzićwprzestrzenianalogicznie
jakrozchodzisięfalaelektromagnetyczna.Ponieważjednakpolegrawitacyjnejestrównoważne
zakrzywieniuczasoprzestrzeni,więcfalegrawitacyjne,oileistnieją,sąpoprostuprzemieszczającymisię
deformacjamiczasoprzestrzeni,tzw.zmarszczkamiczasoprzestrzeni.Istnieniefalgrawitacyjnych,
przewidzianychprzezogólnąteorięwzględnościEinsteina,znalazłojakdotądjedyniepotwierdzenie
pośrednie.Wskazująnatoobserwacjeukładówpodwójnychgwiazdneutronowychorazpulsarów
milisekundowych(
Nature
,2010).Jedynabezpośredniaobserwacjafalgrawicyjnych–eksperyment
George’aWeberaz1987r.–niezostałajakdotąduznanazadowódichistnienia,gdyżnikomunieudało
sięgopowtórzyć.Ponieważfalegrawitacyjnesątodrganianiezwyklesłabe,dlategoichdetekcjawymaga
najbardziejprecyzyjnychukładówpomiarowychwhistoriifizyki.
Ustalmy,żesłowapromieniowanieelektromagnetyczneifalaelektromagnetycznaoznaczajątosamo
imożnaużywaćobutychpojęćwymiennie.Różnerodzajefalelektromagnetycznychbyłyodkrywane
wróżnychokresach.Światłojakofalowanie„eteru”zostałoopisaneprzezChristiaanaHuygensajuż
w1690roku.Wkrótcepotemw1701rokuThomasYoungpotwierdziłfalowąnaturęświatła,odkrywając
zjawiskointerferencji.W1862rokuJamesClerkMaxwellsformułowałukładczterechrównańopisujących
właściwościpólelektrycznychimagnetycznychorazzależnościpomiędzynimi,anastępniewyprowadził
naichpodstawierównaniefalielektromagnetycznej,dowodząc,żeświatłojestfaląelektromagnetyczną.
RównaniaMaxwellapozwoliłynawetobliczyćprędkośćrozchodzeniatejhipotetycznejwówczasfali
elektromagnetycznej.JednakdopieroosiemlatpośmierciMaxwella,wroku1887,HeinrichRudolfHertz
pierwszywytworzyłfalęelektromagnetycznąspozazakresuwidzialnego–falęradiową,copotwierdziło
przewidywaniaMaxwella,azarazempozwoliłouznaćfaleświetlne(widzialne)zafale
elektromagnetyczne.PromieniowaniepodczerwoneodkryłWilliamHerschelw1800roku.Początkowo
