Номер 1, страница 151 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 42. Когерентные источники света. Глава 5. Волновые свойства света - номер 1, страница 151.

В О П Р О С Ы

1. Почему невооружённым глазом нельзя наблюдать интерференционную картину от независимых естественных источников света?

Чтобы наблюдать устойчивую во времени интерференционную картину, то есть чередование светлых и темных полос, необходимо, чтобы световые волны, приходящие в точку наблюдения от разных источников, были когерентными. Когерентность означает, что волны имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз. Математически это условие можно записать как $\Delta \varphi = \text{const}$.

Однако независимые естественные источники света (например, две лампы накаливания, две свечи или даже разные участки пламени одной свечи) не являются когерентными. Это связано с механизмом излучения света в таких источниках. Свет излучается огромным количеством атомов, каждый из которых испускает световую волну независимо от других. Атом излучает короткий "цуг" волн в течение очень малого промежутка времени (около $10^{-8}$ с), после чего фаза излучения меняется случайным образом. В результате, общая волна, испускаемая источником, представляет собой сумму множества таких цугов со случайными фазами, и ее собственная фаза хаотически и очень быстро изменяется.

При наложении волн от двух таких независимых источников разность их фаз в любой точке пространства также будет меняться случайным образом и с огромной скоростью. В один момент времени в данной точке может выполниться условие максимума (усиление света), а уже через $\sim 10^{-8}$ с — условие минимума (ослабление). Таким образом, интерференционная картина, хотя и возникает в каждый момент времени, но она крайне нестабильна и смещается так быстро, что человеческий глаз не в состоянии зафиксировать эти изменения.

Глаз человека обладает инерционностью (явлением персистенции зрения), он способен регистрировать изменения, происходящие не чаще, чем примерно 10-16 раз в секунду (время реакции глаза $\sim 0.1$ с). Поскольку интерференционная картина от некогерентных источников меняется за время порядка $10^{-8}$ с, глаз просто усредняет все эти быстро сменяющие друг друга максимумы и минимумы. В результате мы видим лишь равномерно освещенную поверхность, где общая интенсивность равна сумме интенсивностей от каждого источника.

Ответ: Наблюдать интерференционную картину от независимых естественных источников света невооружённым глазом нельзя, так как эти источники не когерентны. Они излучают свет со случайно и очень быстро меняющимися фазами. Из-за этого интерференционная картина постоянно и хаотически меняется с частотой, многократно превышающей разрешающую способность человеческого глаза по времени. Глаз усредняет эти быстрые изменения и воспринимает их как равномерную освещенность.