МОДЕЛ ЛУННА ПИСТА
МОДЕЛ: MOON TRACK
В това есе лунната пътека - тази, която всички виждаха на повърхността на водата - е само удобен модел. И възнамерявам да разкажа за структурата на повърхността на кристала, за това как той разпръсква светлина, как върху него се образува светлинна пътека, подобна на тази, която виждаме на повърхността на развълнувана вода в лунна нощ.
Първо, за истинския лунен път, този на повърхността на водата. Не забравяйте, че ако повърхността на водата е почти спокойна, пътеката изглежда като ярка, очертана ивица. Но ако повърхността на водата се развълнува и върху нея се появят вълни и „агнета“, лунната пътека се разширява: в центъра тя все още може да остане твърда и доста ярка, а докато се отдалечава към краищата, се превръща в набор от мигащи отблясъци, които се наблюдават колкото по-далеч от аксиалната линия на пътя, толкова по-активно се вълнува водната повърхност. При силни вълни лунната пътека практически изчезва, превръща се в колекция от мигащи отблясъци, произволно разпръснати по повърхността на водата.
Всичко, което се случва с лунния път, естествено се обяснява с един физичен закон, който дори и изостаналите ученици могат лесно да запомнят поради факта, че е формулиран по точен начин: ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение! Говорим за светлина, падаща върху отразяваща повърхност. Нашето око възприема лъчи, отразени от онези участъци от водната повърхност, които са в положение, което удовлетворява формулирания закон. Ето защо на трептяща водна повърхност можем да видим участък от повърхността на някаква вълна поради мигащия блясък.
Изучавайки законите на отразяване на светлината и радиовълните от повърхността на водата, оптичните и радиофизиците решават, както се казва, „пряк“ проблем: каква е ширината на отразяващата област (т.е. „лунна“пътеки") на повърхността на водата с дадена повърхностна вълнообразност? Те също така решиха „обратния“ проблем: как, знаейки разпределението на интензитета на светлината в „лунния път“, да се определи релефът на вълнообразната повърхност?
Тук може би, оставяйки развълнуваната вода, вече трябва да се обърнем към повърхността на кристала. Нека заменим думата "вълнообразност" с думата "грапавост". И така, може да има два различни вида грапавост на повърхността на кристала. Първият тип е така наречената "естествена" грапавост. На тези равнини, с които кристалът се реже, не може да се появи естествена грапавост. Може би е уместно да се каже следното: няма място за естествена грапавост на естествените равнини, защото всяко отклонение от равнината, която естествено разрязва кристала, ще бъде свързано с увеличаване на енергията: знаем, че тези равнини са естествени, защото тяхното присъствие определя минималната стойност на повърхностната енергия на кристала. Но ако в кристала е изкуствено създадена „неестествена“ произволно ориентирана равнина, кристалът ще счете за целесъобразно да създаде грапавост върху него във фермата от стъпала, които са фасетирани от повърхностни зони с ниски стойности на повърхностна енергия. И ние вече знаем това от есето за експериментите на Лукирски. Този процес, както всеки, придружен от намаляване на енергията, може да се случи спонтанно, ако, разбира се, кристалът е в условия, при които процесът изобщо може да се случи. И на повърхността на кристала, както и в неговия обем, има полза от безредие!
Друг вид грапавост, да я наречем „неестествена“, може да се създаде върху всяка повърхност на кристала, включително естествената. За да направите това, достатъчно е грубо да смилате тази повърхност или да я обработите с нож или да нанесете много драскотини върху нея - за да създадете подобие на повърхност.развява се вода. Такава грапавост е противопоказана за кристала и при подходящи условия кристалът ще се отърве от нея. Например при висока температура, когато атомите са дифузно подвижни, повърхността на кристала ще оживее: ще изчезне неестествената грапавост, ще се появи естествената. Спокойни могат да се окажат само гладки естествени равнини, които режат кристала, ако не са били предварително надраскани. На такива повърхности "лунната пътека" трябва да е много тясна и да не се променя с времето. Такава пътека може да се наблюдава при времето, което моряците казват: "спокойно".
Появата на "естествена" и изчезването на "неестествена" грапавост може да възникне поради дифузията на веществото върху повърхността. При този процес възникват насочени потоци от атоми, тъй като всяка следваща форма на повърхностния профил има енергия, по-ниска от предишната.
И така, повърхността на живия кристал е жива. Неговата грапавост може да се увеличи, може да се изглади, подобно на вълнообразна водна повърхност и, подобно на вода, може да се наблюдава подобие на „лунна пътека“ на повърхността на кристала. В този случай като луна в лабораторията се използва лазер. Чрез изучаване на промяната в "лунния път", създаден от повърхността на кристал по време на неговото отгряване, физиците са се научили да получават информация за дифузионната миграция на атомите над повърхността. Това обаче е тема за отделна дискусия. И тук - за една красива аналогия между повърхността на вълниста вода и повърхността на жив кристал.