Täpikeste mustrid

Pindadel, mida valgustab hele päikesevalgus, võib sageli näha teralist mustrit (täpikestest koosnevat mustrit), mis koosneb heledatest ja tumedatest punktidest. Tihti võivad sellel mustril olla eredad värvid. Katsetame esmalt tasast musta pinda. Pärast seda, kui oleme õppinud mustrit ära tundma, võib seda näha ka näiteks läikival metallil või lausa sõrmeküünel. Muster on oluliselt selgem, kui valgusallikas on laser.

Kui uurida seda teralist mustrit ja kallutada samal ajal pead küljele, siis võib tunduda, et muster liigub vastassuunas. Võib ka tunduda, et see liigub tugevalt, omamata mingit kindlat liikumissuunda. Mis määrab selle liikumise tüübi?

Mõnikord võib teraline pilt liikuda isegi siis, kui vaatleja on paigal. Täidame lusika osaliselt piimaga (vältides kooreta piima) ja asetame selle heledasse päikesevalgusesse. Selles osas, kus piima kiht on õhuke, hakkavad tantsisklema heledad värvilised täpid. Kui valgustada punast õuna või tomatit punase heelium-neoonlaseriga, hakkab köögiviljal värelema teraline muster. Mis selliseid vaatepilte tekitab?

Vastus Teralist mustrit põhjustab pinnalt peegelduvate valguskiirte interferents. Pinnale jõuavad valguslained enam-vähem samas faasis, kuid see tingimus võib muutuda, sest pind on mikroskoopiliselt kare. Seega läbivad madalamalt punktilt vaatleja poole peegelduvad lained veidi pikema tee kui need, mis peegelduvad lähedaselt kõrgelt punktilt. Seetõttu võivad silma jõudvad lained sõltuvalt olukorrast olla faasis või faasist väljas ja vastavalt üksteist kas võimendada või kustutada. Lühidalt – mõned punktid mustris on heledad ja mõned pole.

Sellist mustrit ei ole näha lambivalguses, sest selle valgust kiirgavad aatomid juhuslikult. Seetõttu võivad pinda valgustavad lained olla ühel hetkel faasis, kuid järgmisel hetkel mitte. Teraline muster muutub nii kiiresti, et seda pole võimalik jälgida. Näha on vaid valgustatud pinda ilma igasuguse nähtava mustrita. Et näha teralist mustrit, tuleb kasutada koherentset valgust (lainete faasivahe püsib enam-vähem konstantne). See tähendab seda, et kasutada tuleb päikesevalgust (mis on osaliselt koherentne) või laserivalgust. Kuigi valguse kiirgumine päikeselt on täiesti juhuslik, on see nii kaugel, et toimib punktvalgusallikana. Sellisel juhul võib laineid käsitleda koherentsetena.

Lühinägev inimene tajub teralist mustrit pinnast, millel see tekib, lähemal, sest pole mingit vihjet tõelise kauguse määramiseks ning valguse koondumine silmas jätab mulje, et muster on lähemal. Kui liigutada pead ühes suunas, siis näib muster pinnal liikuvat vastupidises suunas. Sarnane liikumise illusioon ilmneb siis, kui hoida sõrme silma ja valgusti vahel. Vaatleja teab, et valgusti ei saa liikuda, kuid sõrm saab. Kui liigutada pead ühele küljele ja sõrme paigal hoida, siis tekib tugev illusioon, nagu sõrm liiguks vastassuunas pea liikumisele. Kaugnägev inimene näeb mustrit pinnast, millel see tekib, kaugemal, sest tema silm on loomulikult seadistatud kaugele vaatamiseks. Pead ühele poole liigutades näib, et muster liigub samas suunas.

Normaalse nägemise puhul sõltub mustri näiline liikumissuund valguse värvusest, sest erinevat värvi valgused murduvad silma sisenemisel erinevalt. Nii võib tunduda, et erinevad värvused paiknevad erinevatel kaugustel. Mõned teadlased on soovitanud laseriga tekitatud teraliste mustrite kasutamist patsiendi silmanägemise uurimiseks. See võiks kasulik olla näiteks väikeste laste jaoks, kes ei oska tavalisest tabelist tähti lugeda.

Muutuvat kujutist piimal põhjustavad ilmselt kaks liikumist. 1) Aurustumine õhukeselt piimakihilt tekitab vedelikus tsirkulatsiooni. 2) Isegi ilma selle tsirkulatsioonita toimub molekulide Browni liikumine, mille käigus need juhuslikult üksteise, piima valkude ja rasvaosakestega kokku põrkavad. Mõlemad liikumised muudavad pidevalt hajumist piimalt. Piimakiht peab olema õhuke, sest muidu hajub valgus piimas korduvalt, lainete faasid lähevad segi ja interferentsipilti ei teki. Sellisel juhul on piim lihtsalt valge.

Värelev muster õunal või tomatil on ilmselt tingitud pigmendiga kehakeste (plastiidide) kergest liikumisest. Nende liikumisel muutub nende kaugus vaatlejani, muutes ka neilt hajunud lainete interferentsi ja seega ka tekkivat mustrit.