При угле полного внутреннего отражения
луч, который якобы должен скользить вдоль границы разделения двух сред,
превращается в световую поверхность.
Чем более фактов о световых явлениях нам становится известными, тем более непонятным становится свет. Эксперимент с полным внутренним отражением луча света, о котором далее пойдёт речь, был проведён несколько лет тому назад. Я хотел его результат вставить в какую-нибудь статью, особенно хорошо он подошёл бы к статье [1], в которой я писал о многих противоречиях световых явлений, но при написании этой статьи я просто забыл о нём. Теперь мне пришло в голову, что мне надо обязательно написать о нём, чтобы не забыть об этом явлении ещё раз, и я решил посвятить ему небольшую статью. Результат его очень интересный и совершенно необъяснимый с точки зрения логики.
Я никогда не пытался проверять законы физики. Но, благодаря какой-либо случайности, я замечал какое-нибудь противоречие в их описании, и пытался понять, в чём дело. Так произошло при наблюдении радуги, возникающей при освещении солнцем аквариума для рыб, что вылилось в многолетнее увлечение призмами и я даже сам построил специальную водяную призму [2]. Так было и во многих других случаях.
Полное внутреннее отражение я тоже не собирался перепроверять, но мне пришла в голову мысль, что с помощью этого эффекта можно из ничего построить потрясающий усилитель яркости света, который может даже переплюнуть яркость луча лазера. Мысль была очень простая, и я прежде всего подумал, что этот эксперимент могли провести ещё во времена Декарта или даже раньше. Но почему-то не провели. Наверное, в моей идее что-то не так.
Рис. 1
Идея состояла в следующем (см. рис. 1). Если под углом, равным углу полного внутреннего отражения, осветить поверхность воды АВ широким пучком параллельных лучей света, где CD и EF крайние лучи, то все лучи пучка, каким бы широким он ни был, должны пойти по линии АВ (показано стрелкой). Вся мощность пучка света должна была сосредоточиться вблизи линии АВ, и выходящий луч мог бы быть очень ярким.
Конечно, то, что я искал, было бы лучше назвать углом отсутствия отражения, так как при отражении луч должен отразиться вниз. Но так этот угол принято называть. В случае, показанном на рисунке, луч должен не проходить и не отражаться.
Как я уже сказал выше, я ожидал, что мой опыт может оказаться неудачным. Так оно и случилось. Но он оказался более, чем неудачным. Луч лазера, который я использовал для эксперимента, просто напросто исчез.
Успех я мог бы объяснить, неудачу нет. Неудачу я ожидал только по той причине, что этот опыт должны были бы давным давно провести ещё во времена Декарта, и в случае удачи результат этого опыта был бы известен.
Хорошо, неудачу я ожидал. Но куда исчез луч лазера?
Рядом на столе лежала отвёртка и я сунул её в воду. Стержень отвёртки на границе воды ярко осветился. Конечно, эту яркость трудно было сравнить с яркостью самого луча лазера, но тем не менее, именно на границе воды стержень отвёртки казался очень ярким по сравнению с яркостью остальной части стержня под водой и над водой.
Интересно!
Я стал испытывать другие точки поверхности воды и убедился, что везде на границе воды стержень отвёртки казался очень ярким.
Причина неудачи моего опыта стала понятной, хотя объяснить его я, конечно, не мог.
Луч света пошёл не по прямой вдоль поверхности воды, как следовало ожидать, а по какой-то причине распределилсяпо всей поверхности воды. Вследствие этого яркость света по всем направлениям вдоль поверхности воды не увеличилась, а во много раз уменьшилась. Ведь я использовал не широкий пучок света, а узкий луч лазера.
Конечно, результат очень неожиданный, я был ошарашен. Объяснить я его не мог. Это было настолько же необъяснмо, как «разложение» белого света призмой после того, как стало ясно, что скорость всех лучей света в воде одинакова и луч света в воде не разлагается на цветовые составляющие. Он разлагается только при выходе из призмы, причём в каждой точке [1], из-за чего разложение становится необъяснимым. Заметить какую-то логику в поведении света как там, так и здесь я не мог.
Конечно, как правило, в физике находят какую-либо закономерность, без того, чтобы мы могли объяснить, почему это явление протекает именно так. В случае с призмой науке сильно повезло и целых триста лет люди считали, что знают, почему свет разлагается призмой. Но увы, это было заблуждением.
В те времена, когда был обнаружен угол полного внутреннего отражения, применяли очень слабые лучи света по сравнению с лучом лазера. Наверное, поэтому описанный выше эффект не был замечен.
Итак, луч лазера как таковой исчез. Но вся энергия луча распределилась в плоскости на границе воды. Это тоже немалая концентрация. Но чтобы поверхность воды спроектировалась на стенки комнаты, я тоже не заметил. Но этому, скорее всего помешала смачиваемость стенок стекла.
Посмотрите, как показывают угол полного отражения в учебниках (Рис. 2 ).
Рис. 2.
При этом уверяют:«Угол полного внутреннего отражения - это угол, при падении под которым луч пойдет вдоль границы раздела двух сред, теоретически даже не проникая ни в одну из них».
Как выяснилось, это не совсем так. Луч распределяется по всей поверхности и становится не лучом, а световой плоскостью. Повидимому, если ограничить эту плоскость некоторой отражающей поверхностью, перпендикулярной к поверхности воды, можно все лучи направить в одну сторону. Но поверхность воды для этого не годится, так как любая поверхность смачивается или же является водоотталкивающей, и потому поверхность воды вблизи любой поверхности будет загибаться вниз или вверх.
Поэтому вместо воды предпочтительно надо взять какой-либо прозрачный материал. Источником энергии могут послужить обычные лучи солнца, отражаемые от плоского зеркала. Так как изготовление зеркал не является проблемой, энергия плоского пучка света может выражаться не ваттами, а киловаттами или даже десятками киловатт. Такой пучок может разрезать всё, что угодно.
Похоже, что любой умелец мог бы сделать подобный резак ещё до появления пороха.