В "Звёздных воинах" и прочей космической фантастике часто можно наблюдать ситуацию, что лазерный луч распространяется примерно вот так:
Вас не смущает, что луч на таких расстояниях остаётся абсолютно прямым и даже у далекой-далекой галактики (с) выглядит примерно как прямая палка? Что не появляется "зонтик" на его обратной стороне?
Скорее всего нет, хотя и должно было бы смутить. Всё дело в том, что при таких расстояниях пробега, лазерный луч на выходе уже перестанет быть единым лучом и его правильная геометрия гарантированно нарушится. Однако, обычно в школе или даже институте лазерный луч описывается как этакий эталон безграничного распространения с постоянными геометрическими характеристиками.
Если посмотреть на пятно от лазера, то оно должно получиться не ровным и идеальным, а примерно таким, как показано на рисунке справа.
Луч лазера неминуемо будет расширяться и этот процесс приведет к тому, что при прохождении пары галактик мы точно не сможем получить пятно с ровными границами и даже не сможем настолько точно прицелиться. Правда последнее скорее вопрос расчётов и не берусь тут говорить точно.
Законов физики в фантастических фильмах нарушается обычно довольно много, но касательно уширения лазерного луча есть три базовых момента, которые не следует забывать и учитывать.
- Лазер, при прохождении через среду, неминуемо нагревает её. Из-за этого уменьшается показатель преломления и получается рассеивающая линза. Само собой, что это может быть рассчитано с высокой точностью и учтено, но факт расхождения должен быть обозначен. Другое дело, что в случае космического пространства это можно и не учитывать, ведь воздуха вокруг нет, но на Земле лазеры тоже имеют вполне себе прямой луч.
- У каждого лазера есть показатель, который называется качеством лазерного луча. В конечном итоге он определяет уширение лазера. Даже самые лучшие лазеры имеют качество луча от 1,1 до 1,2. Но не меньше. У лазеров похуже это значение 1,5 и выше. Для простого понимания отметим, что это подразумевает расхождение луча в 1,5 раза большее дифракционного предела. Например, лазерная указка на расстоянии 8 километров может выдать диаметр луча (при условии достаточной интенсивности) диаметром 35 сантиметров! Это при учете начального его размера в 3-4 мм.
- Лазерные лучи даже в космическом вакууме подвержены дифракции. Любое попадание того или иного, даже микроскопического, объекта превращает пространство между лазером и его целью в дифракционную решетку. Соответственно, пучок будет меняться при прохождении пространства.
Кстати, лазерные технологии всегда являются чем-то интересным и не совсем корректно показанным в фильмах. Не так давно на канале мы уже обсуждали возможность создания световых лучей. Этот материал выходил в режиме "только для подписчиков", поэтому не забывайте подписываться.
Неправильное представление по вопросу расхождения лазерного луча во многом связано с тем, что сам по себе луч в голове у зрителя или читателя автоматом наделяется невероятными физическими свойствами и уже не является светом. Нужно помнить, что лазер - это в первую очередь свет. Свет, подготовленный специальным образом, но оставшийся светом. Если лазерный луч прошёл коллимацию (или упароллеливание для простоты понимания), то это ещё не значит, что на полученный пучок перестанут действовать законы оптической физики и он не начнет расширяться при взаимодействии со средой.
И да прибудет с вами сила!
Обязательно возвращайтесь за новым контентом на проект и тыкайте лайки! Новые материалы выходят у меня регулярно!
Не забывайте читать новые статьи на сайте проекта