Argiaren Izaera: Teoriak, Fenomenoak eta Dualtasuna

Argiaren Izaera

Argia. Argiaren izaera. Argiaren izaerari buruzko hipotesi asko egin izan dira historian zehar eta hipotesi hauek gainera kontrajarriak izan dira. Onarrizko hipotesi nagusiak XVII. mendean egin zituzten eta hauek dira bi hipotesi garrantzitsuenak:

1. Newtonen teoria gorpuskularra.
2. Huygensen uhin teoria.

Newtonen Teoria Gorpuskularra

Argi iturriek partikula oso txikiak igortzen dituzte, norabide guztietan lerro zuzenean higitzen direnak eta gure begiekin talka egitean argi sentsazioa sorrarazten dute. Kolore bakoitzak gorpuskulu bereziak zituen eta gorpuskulu hauek ingurune gardenak zeharkatzen zituzten eta opakoetan islatzen ziren. Teoria honek islapena eta hedapen zuzena ondo azaltzen zituen baina ez errefrakzioa.

Huygensen Uhin Teoria

Argia ingurunearen uhin perturbazio baten hedapena da. Honen iritziz argia luzetarako uhinez osatuta zegoen, soinuaren antzera. Dena den, garaiko zientzialari gehienek Newtonen teoria onartu zuten.

Fresnelen Uhin Teoria

Argia zeharkako uhinez osatuta dagoela esaten zuen, Huygensen teoriak bultzatu zuen, baina zuzendu egin zuen.

Maxwellen Teoria Elektromagnetikoa

Argia ez da uhin mekanikoa, maiztasun handiko uhin elektromagnetikoa baizik. Argi uhinak, elkarren artean perpendikularrak eta hedapen norabidearekiko perpendikularrak diren eremu elektriko eta eremu magnetiko baten hedapena dira, izaten ingurune edo euskarri materialaren premiarik gabe.

Argiaren Izaera Gorpuskularra Einsteinen Arabera

HERTZ: maiztasun zehatzeko argiak gainazal metaliko batean erasotzen zuenean nolabaiteko energia duten elektroien igorpena gertatzen zen. Efektu hau ezin zen uhin teoriaren bidez azaldu. Horrela, Plancken teoria kuantikoaren laguntzaz EINSTEINEK honakoa proposatu zuen: argia gorpuskulu txikien sorta batez osatuta dago, energi kuantuak edo fotoiak deritzenak. E=h·f, non h Plancken konstantea den (6.625x10^-34 J·s).

Argiaren Izaera Dual edo Bikoitza

(Fotoiak oso txikiak dira, uhin higidura hartzen du) Argiak izaera bikoitza du; gorpuskularra eta ondulatorioa. Argiak ez ditu aldi berean ezaugarri biak agertzen, fenomeno konkretu batean uhin modukoa eta beste batean partikula modukoa, bietako bat. Materiaren izaera dual hori XX. mendearen hasieran eman zuen de Broglie fisikariak.

Argi Fenomenoak

Argiak uhin izaera duenez, edozein uhin batean bezala aurretik ikusitako ezaugarriak azaltzen dira.

Islapena eta Errefrakzioa

Argi uhin bat mota desberdineko bi ingurune banatzen dituen gainazalera heltzen denean, zati bat islatu egiten da eta beste zati bat errefraktatu. Hau adierazteko argi izpiak kontsideratzen dira, errazagoa baita gertatzen diren abiadura aldaketak (norabide aldaketak) adieraztea. Gainera, argiarekin ari garenez honakoa esan dezakegu:

1. Argiaren abiadura handiagoa da hutsunean ingurune materialetan baino.
2. Hutsean, argi erradiazioen abiadurak ez du uhin luzeraren menpekotasunik: konstantea da. Hala ere, ingurune materialetan uhin luzeraren menpekotasuna du.
3. Argi erradiazioen maiztasuna berdina da hutsean eta ingurune materialetan; baina uhin luzera ez da berdina, ordea.

Ingurune baten errefrakzio indize absolutua (n), bestalde, argiak hutsean duen hedapen abiadura eta ingurune horretan duenaren arteko erlazioa da. (n=c/v) eta hau bera ere uhin luzeren funtzioan ipin dezakegu: (n=λ₀/λ), non λ₀ argi erradiazioen uhin luzera hutsean den. Gogoan izan ere argia ingurune batetik errefrakzio indize txikiagoko beste batera pasatzen denean eraso angelu jakin batean, muga angelua deritzona, errefrakzio angelua 90º-koa dela. Eraso angeluak hori baino handiagoak badira, argi guztia islatzen da. Fenomeno honi islapen osoa deritzo.

Interferentzia

Optika fisikoa argi uhinen fenomeno karakteristikoen azterketaz arduratzen da, hala nola, argiaren interferentziak, polarizazioa eta difrakzioa aztertzeaz. Gogoratu behar dugu interferentziak espazioan maiztasun eta uhin luzera bereko bi uhin gainezartzean sortzen direla. Gainezarmen hau gainera bi motatakoa izan daiteke:

1. Interferentzia eraikitzailea edo konstruktiboa: uhinak fasean daudenean gertatzen da eta anplitude erresultantea bi anplitudeen arteko batura da. Uhinen intentsifikazioa gertatzen da.
2. Interferentzia deuseztatzailea edo destruktiboa: uhinak fase oposizioan daudenean gertatzen da eta anplitude erresultantea anplitudeen arteko kendura da. Kasu honetan uhinen moteltzea gertatzen da eta zenbaitetan erabat anulatzea gerta daiteke.

Difrakzioa

Argiaren bidean oztopo bat jarriz sorturiko itzala aztertuko bagenu, garbi ikusiko genuke ez dela erabat nitidoa, hau da, zerrenda argiak eta ilunak ikus daitezkeela, hau difrakzio fenomenoari esker gertatzen da. Izan ere, argi uhinek oztopoak inguratzen dituzte eta horrela oztopoen atzealdean fokutik ezkutaturik dauden puntuetara ere iristen dira.

Zirrikituetan Sorturiko Difrakzioa

Demagun argi sorta monokromatiko bat eta uhin fronteari paraleloa den zirrikitu bat. Atzealdean pantaila bat jarriko bagenu zirrikituaren antzeko alde argia azaldu beharko litzateke, baina difrakzio irudi bat azaltzen da: erdiko zerrenda distiratsu bat eta alboetan hain distiratsuak ez diren beste zerrenda estuago batzuk. Difrakzio txantiloioko zerrenda ilunak (inter.min) ikusten direneko alfa angeluak honako hau betetzen du pantailaren erditik gora eta behera: (sin(α) = nλ/d), non n = 1, 2... eta d = zirrikitu zabalera.

Polarizazioa

Uhin hauen karakteristikoak diren polarizazio fenomenoek, ordea, agerian jartzen dute argi uhinak zeharkakoak direla. Argi uhin bat linealki polarizaturik dagoela esaten da, eremu elektrikoaren oszilazioak beti norabide berean gertatzen badira. Linealki polarizaturiko uhin elektromagnetiko baten polarizazio planoa hedapen norabideak eta E bektorearen bibrazio norabideak determinaturikoa da. Argi naturala ez dago polarizaturik eta horregatik eremu elektrikoek plano desberdinetan oszilatzen dute. Bibrazio norabideak infinituak dira eta zorizko eran aldatzen dira aldiunetik aldiunera. Linealki polarizaturiko argia lortu ahal izateko eliminatu egin behar dira eremu elektrikoaren bibrazio guztiak, norabide determinatu batean geratzen direnak izan ezik.

Islapen Bidezko Polarizazioa

Malus izeneko fisikari frantsesak argi naturalak beirazko gainazal leunduan erasotzean, argi islatua erabat edo partzialki eraso angeluaren arabera polarizaturik geratzen dela aurkitu zuen. Geroago Brewster fisikari eskoziarrak aurkitu zuenez polarizazioa erabatekoa da, eraso angelua izpi islatuak eta izpi errefraktatuak 90º-ko angelua osatzeko modukoa denean. Eraso angelu horri polarizazio angelua edo Brewsterren angelua deritzo. (tan(θ) = n). Azken adierazpide honi Brewsterren legea deritzo: Argiaren polarizazio erabatekoa da, eraso angeluaren tangentearen balioa errefrakzioa gertatzen deneko ingurunearen errefrakzio indizearen berdina denean.