Природа света. Основы информационной оптики

скачать книгу бесплатно

Природа света. Основы информационной оптики
Гульмира Жамантикова

Почему зеркало отражает окружающий мир? Почему одни тела прозрачны, а другие – нет? Чем отличается излученный свет от отраженного? Почему изображение в фотоаппарате или на сетчатке глаза получается перевернутым? Подобные детские вопросы покажутся многим банальными, давно изученными и не стоящими внимания. Но они не так просты, как кажутся на первый взгляд, и ответы на них могут дать совершенно удивительную картину бытия, более глубокое понимание сути природных процессов.

Природа света

Основы информационной оптики

Гульмира Жамантикова

© Гульмира Жамантикова, 2016

© Andrе Sousa Freeimages.com, фотографии, 2016

ISBN 978-5-4483-0892-5

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Введение

Почему зеркало или отполированная поверхность отражает окружающий мир? Почему одни тела прозрачны, а другие – нет? Чем отличается излученный свет от отраженного? Почему изображение в фотоаппарате получается перевернутым?

Подобные детские вопросы покажутся многим банальными, давно изученными и не стоящими внимания. Но они не так просты, как кажутся на первый взгляд, и ответы на них могут дать совершенно удивительную картину бытия, более глубокое понимание сути природных процессов.

Отражение – фундаментальное явление природы

Начнем с понятия отражение. Что это такое, и как оно возникает?

Надо сказать, что отражение – слово многозначное, поскольку обозначает самое фундаментальное (универсальное, распространенное) явление в природе. Оно обозначает не только отражение видимого света, но и любых других волновых процессов: звуковых, тепловых, радиоволн.

Закон отражения одинаково применим и к волновым явлениям, и к механическим взаимодействиям. Угол падения равен углу отражения. Это справедливо и для луча, отраженного от зеркальной поверхности, и для мячика, отскочившего от стены, и для молекулы в модели идеального газа, отскочившей от препятствия.

Слово отражение часто применяется и в повседневной речи, и в художественной литературе. Например, когда мы говорим, что данное произведение прекрасно отражает красоту природы, что жена является отражением мужа, что окружающий мир является отражением мира внутреннего или наоборот. Здесь речь идет об отражении информации.

В геометрии и в математике вообще понятие отражения тесно связано с понятием симметрии и лежит в основе множества закономерностей, разделения чисел на положительные и отрицательные, четные и нечетные и т. д.

Таким образом, мы видим, что отражение – это универсальное явление, а значит и законы отражения должны быть универсальными, независимо от того, в какой области применяются.

По-видимому, это и есть тот самый фундаментальный закон, который связывает волновые, информационные, энергетические и механические процессы воедино.

Что мы знаем об отражении?

Отражение возникает на границе двух сред.

Закон отражения звучит так:

«На границе раздела двух различных сред, если этаграница разделазначительно превышает длину волны, происходит изменение направления распространения света: часть световой энергии возвращается в первую среду, то есть отражается, а часть проникает во вторую среду и при этом преломляется».

Обратите внимание на слова, выделенные жирным шрифтом: «если этаграница разделазначительно превышает длину волны». Понятие границы имеет очень важное значение и требует пояснений.

Граница между средами

Каждый объект (или система) в природе имеет свои границы. Это то, что отделяет внутреннюю среду объекта от внешней среды. Через эту границу происходит обмен с окружающей средой (энергией или веществом). Именно на границе происходят явления отражения и поглощения. Какую-то часть энергии (материи) система поглощает, а какую-то отражает по закону отражения.

Соотношение между поглощенной и отраженной энергией и есть информация, которая дает представление об объекте, о его цвете, структуре, форме, например.

Изучая какой-либо объект, мы познаем его на разных уровнях организации материи.

Если объект имеет размер, сопоставимый с нашим, то мы можем его потрогать, толкнуть, т.е. вступить с ним в физическое взаимодействие. Изучением таких взаимодействий занимается механика.

Мы также можем почувствовать холод, тепло. Это энергетическое взаимодействие, которое изучает термодинамика.

И наконец, мы можем его увидеть на расстоянии, оценить его формы, цвет, степень прозрачности, заметить излучение, свечение, идущее от него. Это волновое взаимодействие, которое изучают оптика, электродинамика и другие разделы физики.

Но когда речь идет о взаимодействии объектов, масштабы которых существенно различаются, мы можем наблюдать переход малого объекта из одной среды в другую, т.е. переход через границу. Это всегда сопровождается преломлением, т.е. изменением характеристик самого объекта. С точки зрения человеческого восприятия это означает изменение сознания, мировоззрения, переход на новый уровень развития, восприятия. Хотя физика процесса довольно проста. И это позволяет понять природу света.