Terme | Définition |
---|---|
undă | [ştiinţă] Una dintre cele mai simple experienţe care ilustrează conceptul de undă cu care operează fizica clasică pare a fi cea a observării efectelor provocate de căderea unui obiect pe o suprafaţă de apă liniştită: impactul provocat la nivelul apei se traduce printr-un „val” de formă circulară, a cărui amplitudine scade pe măsură ce acesta creşte în diametru, până la dispariţia completă. Un astfel de „val” este o undă circulară. În realitate, căderea obiectului provoacă nu atât unul, cât o serie de valuri circulare, concentrice, care urmăresc fiecare aceeaşi mişcare de „dilatare” până la dispariţie, fără a interfera însă unele cu altele (rămân concentrice până la dispariţie). Această serie poartă numele de tren de unde circulare. Distanţa între două valuri succesive poartă numele de lungime de undă. Numărul de valuri care trec printr-un punct oarecare pe suprafaţa apei într-o unitate de timp (secundă, minut) poartă numele de frecvenţă.1 Apa o putem numi aici mediu de propagare. Mediu de propagare poate fi însă şi aerul (pentru undele sonore, generate de vibraţia unei corzi), şi pământul (pentru undele seismice rezultate în urma producerii unui cutremur de pământ), poate fi chiar şi un lan de grâu: „Vântul care trece peste un lan de grâu dă naştere unei unde care se propagă în tot câmpul. Aici trebuie să distingem însă între mişcarea undei şi mişcarea spicelor separate, care nu suferă decât mici oscilaţii.” 2 Este esenţial de remarcat că spicele rămân la locul lor după trecerea undei, mişcarea undei nu provoacă deplasarea efectivă a spicelor de la un capăt la altul al lanului (recunoștem că ar fi minunată pentru agricultori o astfel de metodă de strângere a spicelor, dacă ar mai rămâne însă spice pe câmp în urma fenomenelor meteorologice de tot felul), ci un „val” propagat în lan. Este ilustrarea faptului că undele nu produc transfer de masă, ci doar de energie. Astfel, valurile provocate de căderea unui obiect în apă nu produc transfer de masă, adică deplasare de volum de apă pe orizontală, cum ar putea părea la prima vedere. Particulele de apă se înalţă o dată cu valul şi coboară la trecerea lui, are loc o deplasare pe verticală, dar nu pe orizontală. Un seism nu provoacă o deplasare de masă de pământ, ci vorbim de undă de şoc care se propagă prin intermediul mediului numit pământ. „Pentru a înţelege mai bine mecanismul undei, să considerăm [...] o experienţă idealizată. Presupunem un spaţiu mare umplut cu apă, aer sau orice alt „mediu”. Undeva în centru se găseşte o sferă. La începutul experienţei nu este nici o mişcare. Brusc, sfera începe să „respire” ritmic, se dilată şi se contractă păstrându-şi forma sferică. Dar ce se va petrece în mijloc? Să începem observaţia în momentul în care sfera începe să se dilate. Particulele din mijloc care se găsesc în imediata vecinătate sunt împinse în afară, astfel încât densitatea unei sferule de aer sau apă, după caz, creşte peste valoarea normală. La fel, când sfera se contractă, densitatea părţii de mediu care o atinge descreşte. Schimbările de densitate se propagă în tot mediul. Particulele care constituie mediul nu execută decât mici vibraţii, dar mişcarea în ansamblu este cea a unei unde care se propagă. Ceea ce este esenţialmente nou aici, este că, pentru prima dată, constatăm mişcarea a ceva care nu este materie, ci energie care se propagă prin intermediul materiei.” 3 În natură întâlnim unde cu frecvenţe diferite, perceptibile prin simţuri (culorile, sunetele) sau nu (ultrasunete, infraroşii, ultraviolete), care se propagă în medii diferite (aer, apă, pământ), cu propagare bi- sau tri-dimensională (unde circulare, unde sferice). Afirmaţia că lumina este undă îi aparţine lui Huygens, pentru care, fără a putea preciza la epocă natura vibraţiilor luminoase sau ordinul de mărime al frecvenţei de vibrație, „lumina era o tremurare produsă în mediul înconjurător de o sursă luminoasă şi care într-un mediu omogen se propagă prin unde sferice. Se ştia deja pe vremea sa că sunetul se datora unor vibraţii [...] Teoria ondulatorie a luminii a lui Huygens era deci calchiată într-un fel pe cunoştintele pe care fizicienii din vremea sa le aveau despre fenomenele sonore. Huygens a reuşit să explice astfel prin ipoteza sa reflexia luminii pe o suprafaţă plană, ca şi fenomenul de refracţie la trecerea din aer într-un mediu transparent, apă sau sticlă, admiţând că într-un astfel de mediu viteza de propagare a undelor luminoase este mai mică decât în aer.” 4 Un fenomen specific tuturor undelor este cel de interferenţă. Două obiecte căzute în apă vor provoca „valuri” care se intersectează simetric. În acest context, vorbim de franje de interferenţă referindu-ne la forma pe care o iau valurile în urma intersectării unora cu celelalte. De remarcat ca într-un punct putem întâlni valuri provenind de la două (sau mai multe) surse de valuri, manifestându-se aici suma efectelor a două (sau mai multe) unde diferite. Franjele îşi datorează forma faptului că valurile se pot anula reciproc („vale” cu „vârf” face zero) sau se pot aduna (vârf cu vârf face dublu vârf). Fenomenul de interferenţă a jucat un rol esenţial în determinarea caracterului ondulatoriu (caracterului de undă) al luminii. Proiectând prin două fante înguste lumina provenind dintr-o sursă luminoasă, s-a constatat (Young, 1801) pe un ecran plasat în spatele fantelor formarea unor franje de interferenţă ca intersecţie între cele două difracţii ale luminii, franje manifeste printr-o succesiune de linii luminoase, respectiv de umbre, alternative: „Dacă lumina s-ar propaga în mod riguros în linie dreaptă, aceste două fascicule ar forma [...] două conuri de lumină îndepărtate care nu s-ar întâlni niciodată şi care ar forma pe ecran [...] două pete luminoase distincte.” 5 Acolo unde undele se anulează reciproc, spunem că ele sunt în opoziţie de fază (zonele de umbră), acolo unde se intensifică reciproc spunem că sunt în fază (zonele luminoase). Concluzia observării franjelor de lumină a fost faptul că lumina, prin faptul că provoacă interferenţă, demonstrează caracter de undă. Astfel, spunem că lumina are caracter „ondulatoriu”. Bibliografie: 1. Sven Ortoli, Jean Pierre Pharabod, Le cantique des cuantiques – le monde existe-t-il?, ed. La découverte, Paris, 2004, p. 21; 2. Albert Einstein, Léopold Infeld, L’évolution des idées en physique, ed. Champs-Flammarion, 1983, Paris, p. 97; 3. Ibidem, pp. 97-98; 4. Alfred Kastler, Această stranie materie, ed. Politică, Bucureşti, 1982, pp. 66-67; 5. Ibidem, p. 68. |