![\"\"](\"http:\/\/images.iop.org\/objects\/phw\/world\/thumb\/27\/2\/23\/PW2014-02-Critcal_point_frontis.jpg\" "\\"Claim")
Kes avastas t\u00e4pi?<\/p><\/div>\n
,,See on erakordselt lihtne demonstratsioon,” s\u00f5nab Hal Metcalf, l\u00fclitades samal ajal sisse v\u00e4ikese laserpointeri, tekitades seega 10m kaugusel asuvale seinale umbes 2mm diameetriga helerohelise t\u00e4pi. Seej\u00e4rel klammerdab ta \u00fche sirge naela hoidja k\u00fclge ning asetab selle ,,peale” magneti. Viimasena lisab ta naela otsa rippuma kuullaagri.<\/p>\n
Asetades selle s\u00fcsteemi laseri ja seina vahele, kohendab Metcalf laserkiirt nii, et see sihiks t\u00e4pselt kuullaagrit. N\u00fc\u00fcd \u00fcmbritseb kuullaagri varju helendav roheline halo, sarnanedes miniatuursele p\u00e4ikesevarjutusele. Erinevus on vaid \u00fcks: varju keskmes asub roheline punkt, helendades sama kirkalt nagu siis, kui kuullaagrit s\u00fcsteemis poleks. Uskumatu!<\/p>\n
Laserjahutuse pioneer ja Stony Brook’i \u00dclikooli tuntud professor Metcalf n\u00e4itab sedasama demonstratsiooni kolmanda aasta tundengitele nende optikakursusel \u00fclikooli Laser\u00f5petuse Keskuses (Laser Teaching Center, LTC). Ta armastab seda katset. ,,Siin ei ole mingeid trikke. Ei mingeid l\u00e4\u00e4tsesid, peegleid, ei midagi! Ainult laserkiir ja v\u00e4ike kuullaager.”<\/p>\n
See on \u00fcks paljudest demonstratsioonidest, mida tema ja LTC John Noe \u00f5pilaste motiveerimiseks kasutavad. Metcalf ja Noe teevad seda aga ilma matemaatikat kasutamata, sest \u00fchel hetkel muutuvad \u00f5pilased piisavalt uudishimulikuks, et k\u00fcsida, kuidas seda kirjeldada. Sellega kaasnev vestlus kulgeb tavaliselt j\u00e4rgnevalt:<\/p>\n
Metcalf: ,,K\u00f5ige kergem on selle kirjeldamiseks kasutada mitte inglise keelt vaid matemaatikat.”<\/p>\n
\u00d5pilane: ,,T\u00f5esti? Mida mul vaja l\u00e4heb?”<\/p>\n
Metcalf: ,,Noh, diferentsiaalv\u00f5rrandeid v\u00f5i maatriksalgebrat v\u00f5i arvutusi…”<\/p>\n
\u00d5pilane: ,,See on k\u00f5ik?”<\/p>\n
,,\u00d5pilasi tuleb motiveerida matemaatikat tahtma,” lisab Metcalf. ,,Ma vihkan seda, kui keegi \u00fctleb, et “See juhtub, sest see peab rahuldama toda v\u00f5rrandit.” See pole nii. See juhtub; too v\u00f5rrand kirjeldab seda.”<\/p>\n
See demonstratsioon, mille nime ma aga ei nimeta (kirjeldan p\u00f5hjuseid hiljem), pole aga vaid dramaatiline \u00f5ppemeetod. See on ka \u00f5petlik episood avastuste mitmem\u00f5ttelisustest.<\/p>\n
Fresnel, Poisson, Arago<\/h3>\n
19. sajandi alguses oli valguse teooriatest domineerivaks Newtoni korpuskulaar- ehk osakesteteooria, mille kohaselt liigub valgus sirgjooneliselt. Umbes 1807. aastal demonstreeris aga Briti teadlane Thomas Young inferentsiefektide abil valguse laineloomust. Arvamus valguse t\u00f5elisest loomusest jagunes kaheks – seda ka Prantsuse Teaduste Akadeemia liikmete seas, kellest enamus t\u00f6\u00f6tas osakestega. Sel ajal toimusid akadeemias perioodilised v\u00f5istlused, eesm\u00e4rgiga selgitada vastuolulisi n\u00e4htusi. Seega otsustati 1818. aastal, et j\u00e4rgneva aasta v\u00f5istluste teemks saab olema difraktsioon.<\/p>\n
Meie maailmapilti lisandus Augustin-Jean Fresnel. 1818. aastal tegeles Fresnel insenerina Rennesis, kuid haaras igast v\u00f5imalusest Pariisi s\u00f5ita, kus ta kavatses Young’i vaatlustele p\u00f5hinedes t\u00f6\u00f6tada v\u00e4lja valguse laineteooria. Ta t\u00f6\u00f6tas v\u00e4lja viisi arvutamaks mitme laine koguefekti, jagades iga laine kaheks komponendiks, liites k\u00f5ik komponendid ja kombineerides tulemused. Vaevalt enne t\u00e4htaja l\u00f5ppu esitas Fresnel akadeemia v\u00f5istlusele essee, milles ta esitas teooria mis tema kohaselt v\u00f5imaldaks arvutada valguse intensiivsuse igas murdva objekti taga asuvas punktis.<\/p>\n
V\u00f5istluse tulemusi hindavat kommiiteed domineerisid aga osakesteteooria pooldajad, nende seas oli ka Simeon-Denis Poisson, kes olid veendunud, et Fresneli teooria on vigane. Poisson m\u00e4rkaski midagi, mis tundus olevat Fresneli osaluse l\u00f5puks. Fresneli t\u00f6\u00f6 kohaselt tekiks l\u00e4bi ringikujulise takistuse paistva valguse tagaj\u00e4rjel seinale varju keskele hele t\u00e4pp – sama hele kui siis, kui takistust polekski. Loomulikult t\u00e4ielik jama! Ja mitte ainult – Fresneli v\u00f5rrandid \u00fctlesid ka seda, et l\u00e4bi ringikujulise augu paistva valguse tagaj\u00e4rjel tekiks varju keskele tume t\u00e4pp.<\/p>\n
Kommitee esimeheks oli aga Fran\u00e7ois Arago \u2013 \u00fcks v\u00e4hestest Prantsuse teadlastest, kes oli tutvunud Youngi t\u00f6\u00f6dega ning kes oskas seega Fresneli t\u00f6\u00f6d hinnata. Arago sooritas sama eksperimendi leegi, filtrite ning vahaga kaetud klaasplaadile kinnitatud 2mm metallkettaga. K\u00f5igi \u00fcllatuseks ning Poissoni pahameeleks n\u00e4gigi Arago heledat t\u00e4ppi ning Fresnel v\u00f5itis v\u00f5istluse.<\/p>\n
Fresneli jaoks oli kogu see lugu v\u00e4ga meeltm\u00f6\u00f6da, isegi kuigi tal oli vaid hinnatuse osas v\u00e4he kannatlikkust. ,,Mitte \u00fckski neist komplimentidest, mille ma olen (kommitee liikmetelt) Aragolt, (Pierre) Laplace’ilt ja (Jean-Baptiste) Biot’lt saanud, ei andnud mulle nii palju rahuldust kui teoreetilise t\u00f5e avastamine ning arvutuste kinnitamine eksperimendi abil,” kirjutas ta Youngile paar aastat hiljem.<\/p>\n
Kui demonstratsioon on nii lihtne, k\u00fcsisin ma Metcalfilt, siis miks ei avastatud seda juba varem, n\u00e4iteks p\u00e4ikesevarjutuste ajal? ,,Kuu ei ole piisavalt \u00fcmmargune,” s\u00f5nas ta. ,,K\u00f5ik need m\u00e4ed! P\u00e4ike ei ole koherentse valguse punktallikas. Inimestel ei ole alati laserpointereid k\u00e4ep\u00e4rast olnud.”<\/p>\n
Kriitiline punkt<\/h3>\n
See juhtum kirjeldab h\u00e4sti avastuste mitmem\u00f5ttelisust. Kes on siin avastajaks? Fresnel, kes koostas teoreetilise osa? Poisson, kes n\u00e4itas, et punkt on otseseks tagaj\u00e4rjeks kuid samal ajal uskus, et see ei saa nii olla? Arago, kes sooritas katse? Lisaks on hiljem v\u00e4lja selgitatud, et kaks teadlast avastasid t\u00e4pi juba sajand varem kuid ei osanud seda selgitada.<\/p>\n
Mida aga arvata Prantsuse Akadeemiast, kelle tegevuse tagaj\u00e4rjel avastuse \u00fcldse toimus? Kas Young ei m\u00e4nginud mitte mingit rolli? Tegelikkuses on antud t\u00e4pp vaid palju \u00fcldisema n\u00e4htuse \u00fcheks n\u00e4iteks – Jacques Babinet’i teoreemi kohaselt tekitavad komplementaarsed takistusmustrid komplementaarse difraktsioonitulemuse.<\/p>\n
\u00dche kindla isiku v\u00f5i isikute kombinatsiooni v\u00e4lja valimine v\u00f5ib olla kasulik hariduses – n\u00e4htuse nimetamisel v\u00f5i auhinna v\u00e4ljaandmisel. Filosoofiliselt on see aga lohakas – see on nagu \u00f6elda, et k\u00f5ige v\u00e4\u00e4rtuslikum m\u00e4ngija spordiv\u00f5istlusel on isik, kes v\u00f5istluse v\u00f5itis. Korrektne vastus k\u00fcsimusele ,,Kes selle t\u00e4pi avastas?” on: kogu teaduslik kogukond.<\/p>\n