क्या प्रकाश सीधी रेखा में चलता है? यदि हां, तो क्या यह इस तथ्य का खंडन करता है कि प्रकाश एक तरंग है?

आमतौर पर कहा जाता है कि प्रकाश एक सजातीय माध्यम में एक सीधी रेखा में यात्रा करता है। हालाँकि, प्रकाश भी एक प्रकार की तरंग है; तरंगें दोलन करती हैं और वे एक सीधी रेखा में यात्रा नहीं करती हैं।

क्या ये दोनों कथन एक-दूसरे का खंडन करते हैं?

शुरुआत में, मैंने सोचा था कि "प्रकाश एक सीधी रेखा में यात्रा करता है" कथन गलत था और प्रकाश था इसकी अत्यंत कम तरंगदैर्घ्य के कारण यह केवल सीधी रेखाओं में यात्रा करता हुआ प्रतीत होता है (लेकिन वास्तव में ऐसा नहीं होता), जिससे दोलन मानव आंखों के लिए अदृश्य हो जाते हैं। हालाँकि, कुछ शोध के बाद, मैंने पाया कि कथन वास्तव में सही माना जाता है।

प्रकाश भी एक प्रकार की तरंग है; तरंगें दोलन करती हैं और वे एक सीधी रेखा में यात्रा नहीं करती हैं।

विद्युत चुम्बकीय तरंगें (प्रकाश) एक विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के साथ यात्रा करती हैं जो एक दूसरे के लंबवत और प्रकाश किरण जिस दिशा में यात्रा कर रही है उस दिशा के लंबवत दोलन कर रही हैं। यह बिल्कुल सीधी रेखा में चलता है (मुक्त स्थान में बिना गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र के) जिसे पोयंटिंग वेक्टर $$\bf S=E\times \frac B \mu$$ यानी, विद्युत और विद्युत का वेक्टर क्रॉस उत्पाद द्वारा परिभाषित किया जा सकता है। चुंबकीय क्षेत्र वैक्टर।

क्या ये दोनों कथन एक दूसरे का खंडन करते हैं?

नहीं। घोस्टर ने अपनी टिप्पणी में जो लिंक शामिल किया है, उसका उपयोग करते हुए, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि लाल और नीली रेखाएं विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के दोलन का प्रतिनिधित्व करती हैं, न कि प्रकाश किरण की भौतिक गति का।

सीधी-रेखा दिशा प्रकाश किरण की यात्रा को z-अक्ष द्वारा दर्शाया जाता है।

प्रकाश एक तरंग है। मैक्सवेल के समीकरण आपको बताते हैं कि तरंग कैसे फैलती है। इसे घुमावदार किया जा सकता है।

रे ऑप्टिक्स एक सन्निकटन है। अधिकांश मामलों में, यह एक अच्छा सन्निकटन है। किरणें तरंग अग्रभागों के लंबवत् रेखाएँ होती हैं। प्रकाश का एक बिंदु स्रोत गोलाकार तरंगें उत्सर्जित करता है। किरणें सीधी रेखाएँ हैं जो स्रोत से उत्पन्न होती हैं। एक समतल तरंग में समानांतर किरणें होती हैं। अधिकांश लेंस डिज़ाइन करने के लिए रे ऑप्टिक्स काफी अच्छा है।

यदि आप लेजर कैविटी के लिए मैक्सवेल के समीकरणों को हल करते हैं, तो आपको आमतौर पर एक गाऊसी किरण मिलती है। किरणें अतिपरवलयिक पथों का अनुसरण करती हैं। सुदूर क्षेत्र में, वे एक फैलते हुए शंकु का अनुमान लगाते हैं। लेकिन विचलन कोण बहुत छोटा है, आम तौर पर कुछ मिलिराडियन।

एक और जगह जहां आप मुड़ी हुई रोशनी देख सकते हैं, वह यह है कि यदि आप एक किरण को पिनहोल से गुजारते हैं। इसे विवर्तन कहते हैं। यदि प्रकाश किसी झिरी से या एक किनारे के पास से गुजरता है तो भी आप इसे देखेंगे।

आप लेंस के एपर्चर को एक बहुत बड़े पिनहोल के रूप में सोच सकते हैं। इससे थोड़ी मात्रा में विवर्तन होता है। आमतौर पर लेंस के डिज़ाइन या निर्माण की खामियाँ बड़ी समस्याओं का कारण बनती हैं। लेकिन कुछ (महंगे) लेंस इतनी अच्छी तरह डिज़ाइन और बनाए गए हैं कि विवर्तन सबसे बड़ी समस्या है। इन्हें विवर्तन सीमित कहा जाता है।

मुझे लगता है कि यह उन स्थितियों में से एक है जहां एक एनीमेशन एक हजार शब्दों के बराबर है:

स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स

जैसा आप कर सकते हैं देखिए, किसी भी बिंदु पर ई और बी क्षेत्र दोलन कर रहे हैं लेकिन तरंग अभी भी कुल मिलाकर एक सीधी रेखा में यात्रा कर रही है।

प्रकाश आवश्यक रूप से सीधी रेखाओं में यात्रा नहीं करता है, हालांकि यह अक्सर ऐसा करता है या दिखाई देता है। यह कोई विरोधाभास नहीं है. शास्त्रीय भौतिकी में प्रकाश को कम से कम समय के पथ पर चलने के लिए जाना जाता है। इसे फ़र्मेट का सिद्धांत कहा जाता है।

फ़र्मेट का सिद्धांत शुरू में विवादास्पद था क्योंकि ऐसा लगता था ज्ञान और इरादे का श्रेय प्रकृति को दें। 19वीं शताब्दी तक नहीं यह समझा गया कि वैकल्पिक रास्तों का परीक्षण करने की प्रकृति की क्षमता है तरंगों का मात्र एक मौलिक गुण।

आधुनिक समय में हम प्रकाश को न्यूनतम क्रिया का मार्ग अपनाने वाला मानते हैं। प्रकाश, सभी विद्युत चुम्बकीय तरंगों की तरह, सभी प्रकार के प्रभावों से अपना मार्ग विकृत कर सकता है। सबसे लोकप्रिय मजबूत गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र है।

हालांकि सबसे अधिक प्रासंगिक में से एक प्रकाश का वायुमंडलीय अपवर्तन है जो निश्चित रूप से वायुमंडलीय घनत्व और स्थानीय संरचना में परिवर्तन के कारण यात्रा करते समय प्रकाश को "झुकने" का कारण बनता है।

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एक तालाब में एक कंकड़ गिराएं और तरंगें प्रभाव बिंदु से सीधी रेखाओं में फैल जाएंगी। इसीलिए आप तरंगों को विस्तारित वृत्तों के रूप में देख सकते हैं -