к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Когерентность

Когерентность (от лат. cohaerens -находящийся в связи) - коррелированное протекание во времени и в пространстве неск. случайных колебат. или волновых процессов, позволяющее получить при их сложении чёткую интерференц. картину. Первоначально понятие когерентности возникло в оптике, однако оно относится к волновым полям любой природы: эл--магн. волнам произвольного диапазона, упругим волнам, волнам в плазме, квантовомеханич. волнам амплитуды вероятностей и т. д.

Существование интерференц. картины является прямым следствием суперпозиции принципа для линейных колебаний и волн. Однако в реальных условиях всегда существуют хаотич. флуктуации волнового поля, в частности разности фаз взаимодействующих волн, что приводит к быстрому перемещению интерференц. картины в пространстве. Если через каждую точку за время измерения успевают многократно пройти максимумы и минимумы интерференц. картины, то зарегистрированное ср. значение интенсивности волны окажется в разл. точках одинаковым и интерференц. полосы расплывутся. Чтобы зарегистрировать чёткую интерференц. картину, необходима такая стабильность случайных фазовых соотношений, при к-рой смещение интерференц. полос за время измерения составляет лишь небольшую часть от их ширины. Поэтому качеств. понятие К. можно определить как необходимую стабильность случайных фазовых соотношений за время регистрации интерференц. картины.

Такое качеств. понятие когерентности в ряде случаев оказывается неудобным или недостаточным. Напр., при разл. способах регистрации интерференц. картины может оказаться, что необходимое для этого время различно, так что волна, когерентная по результатам одного эксперимента, некогерентна по результатам другого. В связи с этим удобно иметь количеств. меру степени когерентности, не зависящую от способа измерения интерференц. картины.

Если волновое поле 2511-134.jpg описывается при помощи комплексной амплитуды 2511-135.jpg, так что2511-136.jpg может быть, напр., аналитическим сигналом], то функция взаимной когерентности второго порядка Г2 определяется как ср. значение:

2511-137.jpg

Черта сверху обозначает статистич. усреднение по флуктуациям волнового поля, причём флуктуировать могут как фаза, так и амплитуда волны; * означает комплексное сопряжение. Случайная (мгновенная) интенсивность (плотность энергии) волны пропорц. величине 2511-138.jpg . Её ср. значение связано с Г2 ф-лой 2511-139.jpg. Ср. вектор плотности потока энергии S также выражается через Г":

2511-140.jpg

Для многокомпонентного (напр., эл.- магн.) поля скалярная функция Г2 заменяется тензором второго ранга. Если суммарное волновое поле 2511-141.jpg в нек-рой точке является результатом сложения исходных полей

2511-142.jpg , то его ср. интенсивность 2511-143.jpg выражается через и1 и и2 ф-лой

2511-144.jpg

Величину

2511-145.jpg

наз. комплексной степенью когерентно с-т и полей в пространственно-временных точках

2511-146.jpg и 2511-147.jpg . Из (3) следует, что2511-148.jpg

Чёткость интерференц. картины непосредственно связана с величиной 2511-149.jpg. Если интенсивности интерферирующих пучков одинаковы (чего всегда можно добиться в эксперименте), т. е. 2511-150.jpg , то на основании (2) можно записать

2511-151.jpg

Если представить 2511-152.jpg в виде 2511-153.jpg , то 2511-154.jpg= =2511-155.jpg. Обычно в пределах интерференц. картины 2511-156.jpg изменяется гораздо слабее, чем соs j. В этом случае максимумы распределения2511-157.jpg соответствуют тем местам, где 2511-158.jpg, а минимумы - значениям 2511-159.jpg, тогда 2511-160.jpg, 2511-161.jpg , а для относит. контраста пн-терференц. картины (её "видности")

2511-162.jpg

получаем 2511-163.jpg

Т. о., "видность" интерференц. картины непосредственно выражается через степень когерентности, т. е. в конечном счёте через функцию Г2. Максимально чёткой интерференц. картине, в к-рой 2511-164.jpg , соответствует значение 2511-165.jpg. Полностью замытой интерференц. картине, в к-рой 2511-166.jpg, соответствует2511-167.jpg

Величину 2511-168.jpg можно непосредственно измерить при помощи соотношения (4), если предварительно обеспечить равенство ср. интенсивностей 2511-169.jpg . Величина 2511-170.jpg определяет смещение интерференц. полос.

Из определения 2511-171.jpg следует, что степень когерентности максимальна при совмещении точек наблюдения: 2511-172.jpg . Характерный масштаб2511-173.jpg спадания функции 2511-174.jpg попеременной2511-175.jpg наз. временем когерентности. Если при наложении волновых полей временной сдвиг 2511-176.jpg между ними мал по сравнению с 2511-177.jpg, то может быть подучена чёткая интерференц. картина. В противоположном случае 2511-178.jpg интерференция наблюдаться не будет. Величина 2511-179.jpgтакже ограничивает время измерения интерференц. картины, о к-ром говорилось выше. Величина 2511-180.jpg, где с - скорость распространения волны рассматриваемого типа, наз. продольным радиусом когерентности (длиной когерентности).

Если рассмотреть волновой пучок с чётко выделенным направлением распространения, то при разнесении точек наблюдения поперёк этого направления функция 2511-181.jpg также будет убывать. Характерный масштаб спада-ния 2511-182.jpg в этом случае наз. поперечным радиусом когерентности r0. Эта величина характеризует размер тех участков волнового фронта, от к-рых может быть получена чёткая интерференц. картина. По мере распространения волны в однородной среде величина r0 возрастает за счёт дифракции (см. Ван-Циттерта-Цернике теорема). Произведение 2511-183.jpg характеризует объём когерентности, в пределах к-рого случайная фаза волны меняется на величину, не превосходящую2511-184.jpg

К. волновых полей можно исследовать и косвенным путём, изучая корреляцию флуктуации мгновенной интенсивности I. При этом время измерения должно быть малым по сравнению с 2511-185.jpg, а поперечный размер детектора - малым по сравнению с r0. Корреляц. функцию флуктуации интенсивности 2511-186.jpg -

2511-187.jpg можно найти, если наряду с Г2 известна и функция К. четвёртого порядка:

2511-188.jpg

Если случайное поле u(r, t)является гауссовым (напр., создаётся тепловым источником), причём 2511-189.jpg (но, разумеется, 2511-190.jpg ), то Г4 можно выразить через Г2 по ф-лам, справедливым для гауссовых случайных полей:

2511-191.jpg

Поэтому для гауссовых волновых полей измерения величины BI могут дать сведения о модуле степени К. 2511-192.jpg (см. Интерферометр интенсивности ).В общем случае измерений интенсивности волнового поля в п точках для описания результатов опыта достаточно знать функцию К. порядка 2п:

2511-193.jpg

Эти же функции описывают результаты экспериментов по статистике фотоотсчётов, когда измеряются корреляции чисел фотонов, зарегистрированных в разл. точках r1, . . ., rп.

Квантовые шумы могут существенно исказить результаты интерференц. опыта, если полное число фотонов, зарегистрированных в максимуме интерференц. картины, невелико. Т. к. при осуществлении интерференц. опыта можно собрать излучение с площади, имеющей порядок величины 2511-194.jpg, и проводить измерения в течение времени 2511-195.jpg, то при этом будут использованы все фотоны из объёма 2511-196.jpg , т. е. из объёма коге-рентпости. Если ср. число N фотонов в объёме К., называемое параметром вырождения, велико, то квантовые флуктуации числа зарегистрированных фотонов относительно невелики (2511-197.jpg) и не оказывают существ, влияния на результат измерений. Если же N невелико, то эти флуктуации будут препятствовать измерениям.

Термин "когерентность" употребляется и в более широком смысле. Так, в квантовой механике состояния, для к-рых реализуется минимум в неопределённостей соотношении, наз. когерентными состояниями. В разл. областях физики термин "К." применяется для описания корре-лиров. поведения большого числа частиц (как это имеет место, напр., при сверхтекучести). Термин "когерентные структуры" в разл. областях науки применяется для обозначения спонтанно возникающих устойчивых образований, сохраняющих нек-рые закономерные свойства на фоне хаотич. флуктуации.

Литература по когерентности

  1. Вольф Э., Мандель Л., Когерентные свойства оптических полей, пер. с англ., "УФН", 1965, т. 87, с. 491; 1966, т. 88, с. 347, 619;
  2. О'Неил Э., Введение в статистическую оптику, пер. с англ., М., 1966;
  3. Борн М., Вольф Э. Основы оптики, пер. сангл., 2 изд., М., 1973;
  4. Клаудер Д ж. Сударшан Э., Основы квантовой оптики, пер. с англ. М., 1970;
  5. Перина Я., Когерентность света, пер. с англ. М., 1974.

В. И. Татарский

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 03.12.2019 - 22:04: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
03.12.2019 - 11:12: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
30.11.2019 - 19:55: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
30.11.2019 - 18:13: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.11.2019 - 08:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:31: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:30: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
27.11.2019 - 08:27: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> ПРОБЛЕМА ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА - Карим_Хайдаров.
23.11.2019 - 12:17: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
19.11.2019 - 09:07: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Маклакова - Карим_Хайдаров.
18.11.2019 - 19:10: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution