Interferensiya

Interferensiya

 

Qadimgilar yorug‘likning tabiatini kuzata turib, o‘zaro tutashayotgan ikkita yorug‘lik nuri, kesishgach, yana o‘z yo‘lida hech narsa bo‘lmagandek davom etib ketaveradi degan fikrda bo‘lishgan. Bunday qarashlar asosida yorug‘likning nomoddiyligi va jism xossalariga ega emasligi haqidagi fikr mustahkamlangan. Aslida-chi, qanday edi?

Nyuton eng birinchi bo‘lib yorug‘lik nurlarining o‘zaro ta’siri, yoki optika tilida aytganda yorug‘lik interferensiyasi bo‘yicha tajribalar o‘tkazgan edi. U tirqishdan o‘tayotgan yorug‘lik spektridagi turli rangdagi (ya’ni turli to‘lqin uzunligidagi nurlarni) linza orqali yoyilganda va qayta yig‘ilganda, ularning o‘zaro ta’sirlashayotganligini aniq ravshan ko‘rgan. Tirqishdan oq nur o‘tkazilganda, undan keyin rangdor va kamalakli halqalar paydo bo‘lgan. Agar tirqish orqali ranglarda biri o‘tkazilsa, undan keyingi holatda, qora va rangli halqalar o‘rin almashinish tartibida paydo bo‘lar edi. Ammo Nyuton nima sababdandir, o‘ziga xos bo‘lmagan tarzda, bu tadqiqotni oxirigacha yetkazmadi.  Fikrimizcha, bu hodisani Nyuton o‘zi tushuna olmagan qandaydir noma’lum fizik hodisalar bilan bog‘lab, ularni tadqiq etish uchun qo‘shimcha tadqiqotlarni olib borish zarur deb bilgan.

Nyuton qo‘yib ketgan mumtoz optika tamal toshi asosida, mazkur fizik hodisaning to‘liq modelini qurgan haqiqiy buyuk tadqiqotchilar XIX asrda paydo bo‘ldi. Ulardan birinchisi Tomas Yung (1773-1829) edi.

Tomas Yung haqiqiy ma’nodagi ko‘p qirrali shaxs bo‘lgan: uning tarjimai holidan siz Misrshunos, gimnast, musiqachi kabi iste’dodlarini ham topasiz. Uning noyob qobiliyatlari haqida ajoyib bir hikoya mavjud: Tomas 14 yoshligida, o‘qituvchisi ko‘pchilik ichida unga ingliz tilida bir necha iborani qog‘ozga yozib chiqishini topshiriq qilib beradi. Topshiriq «yordamchi»lardan holi, alohida xonada, yakka tartibda bajarilishi kerak edi. Tomas Yung o‘sha xonada qolgan tengdoshlaridan ko‘ra uzoqroq qolib ketadi. Ko‘pchilik qatori, uning o‘qituvchisi ham, Yungning topshiriqni bajara olmayotganligiga ishonchi komil bo‘lib, uning chiqishi bilan ustidan kulishga tayyorlanishgan. Biroq noyob qobiliyat egasi bo‘lgan Yung, xonadan chiqib, o‘qituvchisiga qolgan tengdoshlaridan ko‘ra uzunroq qog‘ozni tutqazdi. Yung topshiriqdagi iborani faqat ingliz tilida emas, balki yana 9 ta tildagi tarjimalari va grammatik qoidalari bilan yozib chiqqan edi.

Yung o‘zining dastlabki ilmiy ishini inson ko‘rish tizimini tadqiq qilishdan boshlagan. U odam ko‘zi gavhari ham o‘zgaruvchan qavariqlikka ega linzadan iborat ekanligini va maxsus muskullar uning torayib yoki kengayib turishiga javobgar ekanligini ilmiy tadqiqotlar asosida mufassal yoritib berdi. Yung o‘zining mazkur tibbiy-optika tadqiqotlarini bajargan vaqtida, atiga 20 yoshda bo‘lgan. Bu tadqiqotning o‘zi, uni Qirollik ilmiy jamiyatiga a’zolikka qabul qilinishiga yetarli asos bo‘ldi.

Nyutonning yorug‘lik bilan olib borgan tadqiqotlarini Yung tanqidiy nuqtai nazardan qayta-qayta o‘rganib chiqdi. Ayniqsa u yorug‘lik zarralarining tezligi, uning  mittigina ko‘mir uchqunidan, yoki, ulkan quyoshdan chiqqanligidan qat’iy nazar bir xil bo‘ladi degan g‘oyaga hecham ko‘nikolmas edi. Undan ham ko‘proq, Nyutonning  tajribalaridagi yupqa plastinalarning turli ranglarda jilolanishi haqidagi nazariyasi Yung uchun nomukammal va to‘liq tushuntirilmagan deb qarar edi. Bu hodisani modellashtirib va uning ustida tinimsiz bosh qotirib, Yung, bu hodisani tushuntirishning ajoyib va samarali usulini o‘ylab topdi: u yorug‘likning yupqa plastinaning birinchi yuzasidan o‘tib, uning ikkinchi yuzasidan akslanib va birinchi yuzdan qaytib chiqqan, va shu tarzda kuchaygan yoki susaygan monoxromatik yorug‘lik sifatida o‘rganishga kirishdi. Yunging bu g‘oyaga qanday qilib fikran yetib kelganligi aniq ma’lum bo‘lmasa-da, olimlarning fikricha, unga bunday ajoyib fikrni bergan hodisa bu – tovush zarbalarining davriy kuchayib susayib, quloqda aks sado berishi bo‘lgan ekan. 1801 yildan 1803 yilgacha muddatda Qirollik jamiyatiga taqdim qilingan to‘rtta hisobotida Yung o‘zining nazariy va amaliy tadqiqotlarini batafsil yoritgan. Mazkur hisobotlar esa, umumlashtirilgan va kitob holiga keltirilgan ko‘rinishda, 1807 yilda «Tabiiy falsafa va mexanika san’ati fanidan ma’ruzalar» nomi bilan Londonda nashr ettirilgan. U o‘z asarida, Nyutonning «Boshlang‘ichlar» kitobining XXIV bobidagi hikoyadan – Galley tomonidan kuzatilgan Filippin arxipelagidagi  g‘ayritabiiy suv ko‘tarilishlari  hodisasi haqida bir necha marta iqtibos keltiradi. O‘sha hodisani Nyuton to‘lqinlarning ustma ust tutashuvi sifatida tushuntirgan edi. Yung ushbu misoldan kelib chiqib, interferensiyaning umumiy tamoyillari haqida xulosalar keltirib chiqaradi.

«Ko‘l yuzasi bo‘ylab ma’lum va aniq bir tezlikda tarqalayotgan va yakunda, ko‘ldan chiqib ketadigan tor kanalga kelib tushayotgan suv to‘lqinlari qatorini tasavvur qiling. Endi, qandaydir o‘xshash sababga ko‘ra, xuddi o‘shanday tezlikda  xuddi o‘sha kanalning o‘zidan bir vaqtning o‘zida paydo bo‘lib tarqalib, ko‘lga kirib kelayotgan boshqa bir to‘lqinlar qatorini ham tasavvur qiling. Ulardan hech biri boshqasining tizimini buzib yubormaydi, lekin, ularning harakati o‘zaro birlashadi: agar bir to‘lqinning eng baland nuqtasi ikkinchisining ham eng baland nuqtasi bilan to‘g‘ri kelsa, ular qo‘shilib, yanada balandroq to‘lqin hosil qiladi. Agar birinchisining eng baland nuqtasi, ikkinchisining eng botiq nuqtasiga to‘g‘ri kelsa, ular bir birini muvozanatlaydi va suv yuzasi tekislashadi. O‘ylashimcha shunga o‘xshash hodisa yorug‘likning ikki o‘xshash miqdori o‘zaro uchrashganida ham sodir bo‘ladi; bunday tutashuvni men yorug‘lik interferensiyasining umumiy qonuniyati deb atayman.»

Interferensiyani kuzata olish uchun yorug‘lik nurlarining har ikkalasi ham aynan bir manbadan (ularning fizik xossalari mutlaqo bir xil bo‘lishi uchun) chiqqan bo‘lishi kerak. Har xil yo‘lni bosib o‘tganidan keyin, ular bitta nuqtaga kelib tushishi va keyinchalik parallel yo‘nalishda tarqalishi kerak. Demak, - davom ettiradi Yung, - bir manbadan tarqalgan yorug‘lik nurlari turli, lekin, deyarli bir xil yo‘nalishdagi yo‘llar orqali ko‘zga kelib tushganida, yorug‘lik  nuri o‘zining eng maksimal intensivligiga ega bo‘ladi. Buning uchun, nurlarning yo‘llaridagi farq, qandaydir ma’lum uzunlikning karrali miqdoriga teng bo‘lishi, va oraliq holatda minimal intensivlikka ega bo‘lishi sharoitlari talab etiladi.

1802 yilda Yung o‘zining interferensiya tamoyilini «ikkita tirqishlar» nomli tajribasi orqali mustahkamladi. O‘xshash tajribani Grimaldi ham bajargan bo‘lib, uning qo‘llagan uskunalarining xususiyatlari interferensiya hodisasini kashf etishga to‘sqinlik qilgan.

Yungning tajribasi ko‘pchilikka ma’lum: shaffof ekranda to‘g‘nog‘ich orqali ikkita o‘zaro yaqin qilib teshilgan tirqishlar hosil qilinadi. Ular oynadagi kichkina teshikcha orqali taralayotgan yorug‘lik nurlari  bilan yoritiladi. Ulardan o‘tishi bilan yorug‘lik nurlari noshaffof ekranda konus ko‘rinishidagi tasvir namoyon qiladi. Difraksiya tufayli kengayib, ikkala konusning yonma yon qismlari o‘zaro tutashib ketadi. Tutashgan joylar ikkita yorug‘lik nurining qo‘shilishi hisobiga yanada yorqinroq bo‘lib qolishi o‘rniga, u joyda takrorlanuvchi qoramtir va yorug‘ yo‘l-yo‘l chiziqlar paydo bo‘ladi. Agar tirqishlardan birini berkitilsa, qoramtir yo‘l-yo‘llar yo‘qolib, faqat, yorug‘ yo‘l-yo‘llar qolardi. Bu yo‘l-yo‘l chiziqlar (Grimaldi tajribasidagi kabi) har ikkala tirqish quyosh nuridan yoki, sun’iy yorug‘likdan yoritilganida ham yo‘qolar edi. To‘lqin nazariyasini tadbiq etish orqali yung bu hodisani juda sodda tushuntiradi. Qoramtir chiziqlar to‘lqinlarning yuqori nuqtasi qarama qarshi yo‘nalishdagi yorug‘lik to‘lqinlarining quyi nuqtasiga to‘g‘ri kelib qolgan joylarda hosil bo‘ladi, va ularning effektlari o‘zaro mutanosiblashadi – deydi olim. Yorug‘ chiziqlar esa, ikkita to‘lqinning yuqori nuqtasi yoki quyi nuqtasi o‘zaro tutashganda hosil bo‘ladi. Bu tajribalar orqali Yung interferensiya hodisasidan tashqari, yorug‘lik nurlarining to‘lqin uzunliklarini o‘lchashga ham muvaffaq bo‘ldi. Uning olgan qiymatlariga ko‘ra: qizil rang 0.7 mikron, eng chetki binafsharang chiziq esa 0.42 mikron to‘lqin uzunligiga ega edi. Bu fan tarixidagi eng birinchi bo‘lib bajarilgan to‘lqin uzunligini o‘lchash tajribalari edi va uning o‘ta aniqligini e’tirof etmaslik nohaqlik bo‘lsa kerak...

O‘zining interferensiya tamoyilidan kelib chiqib Yung turli xil mazmundagi qator xulosalarini bayon qildi. Yupqa qatlamlarning rangdor jilvalanishi (masalan suvga tushgan moy tomchisini kuzatib ko‘ring)

Hodisasini kuzatib, uni o‘ta mayda tafsilotlarigacha tahlil qilib, tushuntirib berdi. U shuningdek, Nyuton tajribalaridagi linzalar orasidagi havo muhitini suv bilan almashtirish orqali yorug‘lik tezligini nisbatan sindiruvchan muhitda kamayishidagi, interferensiya halqalarning zichlashuvi hodisasini, berilgan rangdagi yorug‘likning chastotasi o‘zgarmas ekanligi bilan izohlovchi empirik qonuniyatlarni keltirib chiqardi. Shuningdek Yung birinchi bo‘lib «fizik optika» iborasini fanga tadbiq etdi va uni, «... yorug‘lik  manbalarini, va uning tarqalishi va so‘nishi, uning turli xil ranglarga ajralishi, uning atmosferaning har xil zichliklariga ta’siri, meteorologik hodisalar, ba’zi jismlarning xossalarining yorug‘likka nisbatan xususiyatlarini tadqiq qilish uchun» deb alohida izohlab qo‘ydi.

Nyuton zamonidan buyon optika nazariyotiga eng katta hissa bo‘lib qo‘shilgan Yungning ishlari o‘sha davr fiziklari tomonidan ishonchsizlik bilan qarshi olindi. Angliyada uni qo‘pol kalaka qilishlar ham uchradi. Unga ba’zan Yungning interferensiya tamoyillarini mutlaqo to‘g‘ri kelmaydigan hodisalarga ham tadbiq etishga bo‘lgan urinishlari sabab bo‘lardi. Laplas aytganidek, yung ba’zan yuzaki tajribalar bilan cheklanib qolaverardi.

Yorug‘likning to‘lqin tabiatiga ega ekanligi haqida farazlarga yo‘lsozlik muhandisi Ogyusten Fernel (1788—1827) ham ega edi. U fan bilan nisbatan kech shug‘ullana boshlagan. Fernelning ilmiy qobiliyatlarini o‘z vaqtida fahmlab qolgan, uning ta’biri bilan aytganda - «yaxshi daho» - akademik Fransua Arago u haqida shunday xotirlagan: «Fernel shunchalik ezmalik bilan o‘qiganki, sakkiz yoshda ham u hali zo‘rg‘a harf tanirdi... U hech qachon til o‘rganishga tirishmagan, va nazariy, faqat tasavvurda va xotirada o‘rganiladigan fanlarni umuman yoqtirmagan. Fernel faqat aniq va ravshan ko‘rinib turgan narsalar haqidagi bilimlarni o‘zlashtirgan».

Dastavval Fernel chekka qishloqlarda ishlab yurgan. U Yungning tajribalari haqida umuman tasavvurga ham ega bo‘lmagan va eshitmagan ham. Lekin, Fernel, Tomas Yungning ilmiy tajribalarini g‘aroyib aynan o‘xshashlik bilan takrorlaydi. Yorug‘lik  interferensiya hodisasiga ham aynan Yung singari tushuntirish beradi. Keyinchalik, Parijda yashayotgan vaqtida Fernel ikki muhit chegarasidagi sodir bo‘ladigan optik jarayonlarni tushuntirib beruvchi matematika tenglamalarni keltirib chiqaradi. Bu formulalar Yung ilmiy ishlarida qayd etilmagan va uning eng katta kamchiliklaridan biri bo‘lgan edi. Fernelning mazkur matematika tenglamalari tufayli, yorug‘lik interferensiyasi hodisasini ilmiy izohlash birmuncha soddalashdi. Shu tufayli Fernel, yorug‘lik interferensiyasini tadqiq qilishda Tomas yungga nisbatan bir qancha o‘zib ketgan desak mubolag‘a bo‘lmasa kerak. Fernel interferensiyani olish va yaqqol ko‘rish uchun yorug‘lik nurini o‘zaro burchak ostida joylashtirilgan ikkita ko‘zgu yordamida yo‘naltirish usulini ko‘p qo‘llagan.

Yung va Fernel tadqiq qilgan va ilmiy asoslab bergan interferensiya hodisasi interferometr asboblarida keng qo‘llaniladi. Interferometrlarning qo‘llanish sohasi esa ancha keng, masalan, metall sirtini tozalash va qayta ishlash jarayonlarida interferensiya hodisasidan foydalaniladi.