Л. Намер
Луч света в мыльном царстве

В физике не принято употреблять слово „чудо“. Но авторы работы „Лазерный луч в мыльной плёнке“, А.В. Старцев и Ю.Ю. Стойлов, это слово используют. И правда, они наблюдали загадочное явление. Особенно же интересно, что рецепт эксперимента прост и доступен. Берётся мыльная плёнка и в неё вводится луч лазерной указки (авторы использовали разные лазеры, но нам с вами доступен сегодня только этот). Луч должен быть сфокусирован линзой с фокусным расстоянием 3–10 см на торце плёнки. Ввести луч в плёнку можно двумя способами. Или через торец плёнки, но для этого плёнку надо получить в прозрачной кювете или на прозрачной рамке. Или через плоскость плёнки, но для этого луч должен идти по касательной к ней, под углом не более 5–6°, наткнуться на какую-то пылинку, попавшую в плёнку, и рассеяться „в плёнку“.

Авторы объясняют наблюдаемое ими явление (см. фото) возникновением поверхностных электромагнитных волн, или поверхностных поляритонов. На школьном уровне об этом объекте можно сказать всего лишь одну, но принципиально важную вещь. Из школы мы знаем, что волны бывают двух типов. Во-первых, электромагнитные волны, во-вторых — волны в среде. В твёрдом теле — поперечные и продольные, в жидкости и газе — только продольные… вспоминаете? Так вот, поляритоны — это третий вид волн, при распространении которых происходят колебания и электромагнитного поля, и среды. Причём эти колебания происходят не независимо, они связаны. Но чтобы они были как-то связаны, среда должна быть не электрически нейтральна, а с разделёнными зарядами. В этом случае электромагнитное поле вызывает колебание зарядов и, следовательно, среды, а колебания среды возбуждают электромагнитное поле. Но в мыльной плёнке разделение зарядов очень даже есть! Молекулы поверхностно-активного вещества выстроены вдоль поверхности одинаково заряженными концами в одну сторону.

Эти волны — вообще очень интересный объект изучения, поскольку они несут информацию именно о свойствах поверхности, которые труднее изучать, чем свойства объёма. Изучать эти волны сложно ещё и потому, что они быстро затухают — длина пробега поляритонов в видимой области спектра обычно не превышает 10 мкм.

Чудо состоит в том, что в обычных мыльных плёнках толщиной от 10 нм до 10 мкм поляритонное излучение распространяется на десятки сантиметров, поляритоны самосжимаются и выглядят как тонкие каналы (усы). Всё это показано на фотографии. Видно, что излучение в плёнке идёт не однородным расходящимся потоком, как в воздухе, а от точки фокуса разбивается на множество тонких усов, которые не расширяются, а без заметного уменьшения своей яркости идут по плёнке иногда на десятки сантиметров. Эти усы в свежих плёнках постоянно десятки раз в секунду меняют направление и по виду напоминают изломанные каналы живой молнии, бассейн реки с притоками или фантастическое ветвистое дерево. Движение усов происходит без каких-либо чётко видимых физических причин. Наиболее эффективно усы образуются при поляризации луча, перпендикулярной плёнке (усы лучше наблюдать по ходу луча через выходную подложку), но при вводе через край плёнки усы почти так же эффективно возбуждаются и при поляризации луча, параллельной плоскости плёнки (усы лучше видны, если смотреть перпендикулярно к плёнке). Во всех жидких плёнках из всех доступных сортов мыла и из растворов химически чистых поверхностно-активных веществ при любых концентрациях картина усов была примерно одинакова.

Поскольку ни на поверхности мыльного раствора, ни в его объёме таких каналов нет, и нет даже в тонкой слюдяной пластинке, смоченной мыльным раствором, то получается, что для образования усов нужны две близко расположенные плёнки. То есть нужно, чтобы молекулы могли колебаться. В тонкой плёнке лазерное излучение вызывает поляризацию длинных молекул мыла в обоих поверхностных слоях, эти молекулы начинают интенсивно взаимодействовать друг с другом, в результате чего образуются поляритонные колебания. Авторы считают, что интересно было бы исследовать липидные плёнки, которые „применяются“ в человеке.

Вы можете сами попробовать повторить эти эксперименты. Авторы утверждают, что это вполне реально. Луч лазерной указки должен фокусироваться длиннофокусной линзой (фокусное расстояние около 10 см) на торец плёнки и идти в плоскости плёнки с отклонением не более 1°. Плёнку проще всего создать так — взять пластиковую бутылку с кольцевой канавкой, налить в неё мыльный раствор и взболтать. На кольцевой канавке повиснет плёнка. В неё и вводят лазерный луч.

Химия и жизнь — XXI век

Статьи близкой тематики:
Цветной мир прозрачных вещей.  С. Транковский.
Антипузыри.  А. Зайцева.

2007 Copyright © AstroSearch.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Интересные научные статьи. Предсказания, магия, эзотерика, астрология, астрономия, приворот, апокалипсис, гадание, значение, хиромантия, сонник, руны, гороскопы.
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт. Партнёрская программа.
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования