વક્રીભવન અને પ્રકાશનું વળવું

તમે સાંભળ્યું હશે કે લોકો આઇનસ્ટાઇનની પ્રકાશની ઝડપ વિશે વાત કરે છે, અને તે હંમેશા સમાન છે. આ ફક્ત શૂન્યાવકાશમાં જ સાચું છે—જયારે ત્યાં તેને ધીમું પાડવા માટે હવા અથવા પાણીના અણુઓ ન હોય. પણ જ્યારે પ્રકાશ હવા જેવા વધુ પરિચિત માધ્યમમાંથી પસાર થાય, ત્યારે તે પદાર્થમાં અણુઓ સાથે સ્વતંત્ર ફોટોનની આંતરક્રિયાઓને કારણે વધુ ધીમેથી ગતિ કરે છે. વ્યાપક રીતે, માધ્યમ જેટલું વધારે ઘટ્ટ, પ્રકાશ એટલો જ ધીમેથી ગતિ કરે. તેથી જ્યારે પ્રકાશ એક માધ્યમમાંથી બીજા માધ્યમમાં જાય ત્યારે તેનું શું થાય છે?

ધારો કે તમે અને તમારા મિત્રો દરિયાકિનારે છો. તમે બધા એકસાથે તરવાનું નક્કી કરો છો, તેથી તમે હાથ જોડો છો અને પાણીમાં સીધી રેખા તરીકે જવો છો. તમે જેમ પાણીમાં ચાલવાની શરૂઆત કરો, તેમ તમે બધા ધીમા પડો છો, કારણકે હવા કરતા પાણીમાં ચાલવું અઘરું છે. તેથી કલ્પના કરો કે તમે દરિયાકિનારાની સાપેક્ષમાં ખૂણે પાણીમાં પહોંચો છો. છેડા પરનો વ્યક્તિ પાણીને મળશે અને ધીમો પડશે, ત્યારબાદ પછીનો વ્યક્તિ, ત્યારબાદ પછીનો, પાણીમાં બધા ન ચાલવા માંડે ત્યાં સુધી. લીટીનો એક છેડો બીજા છેડા કરતા પહેલા ધીમો પડે છે, દરિયામાં પ્રવેશેલા લોકોની સરખામણીમાં પાણીની ધારની સાપેક્ષમાં જુદા ખૂણા આગળ જે લોકો હજુ પણ દરિયાકિનારે ઊભા છે તેની સાથે, વ્યક્તિઓની લીટી વાંકી બને છે.

તમે કહી શકો કે દરિયાકિનારાને લંબ દોરેલી રેખા તરફ દરેક સ્વતંત્રનો પથ વળે છે, તેથી પાણીમાં રહેલા લોકોની સરખામણીમાં દરિયાકિનારા પર રહેલા વ્યક્તિઓ હજુ દૂર વળેલા છે.

જ્યારે પ્રકાશનું કિરણ હવાથી પાણીમાં, અથવા કોઈ પણ ઝડપી માધ્યમમાંથી ધીમા માધ્યમમાં જાય ત્યારે તેની સાથે આ જ સમાન બાબત થાય છે: તે લંબ તરફ વળે છે.

આના વિશે વિચારવાની બીજી રીત એ છે કે ધારો કે તમે અને તમારો મિત્ર તળાવની વચ્ચે તરાપામાં રેસ કરી રહ્યા છો. તમારે દરિયાકિનારા અને પછી પાણીમાંથી મુસાફરી કરવાની છે.

તમારા મિત્રો તરાપા માટે સીધી લીટી બનાવવાનું નક્કી કરે છે અને દરિયાકિનારા પર દોડે છે, તેથી તમે અમુક ખૂણે પાણી તરફ જાઓ છો જેથી તમે તરણ કરો તેના કરતા વધુ દોડશો.

પૂરતું છે, તમારી રીત સાચી છે, અને તમે સૌપ્રથમ તરાપા સુધી પહોંચો છો. તમારા મિત્રએ અંતરના સંદર્ભમાં સૌથી ટૂંકો પથ લીધો, પણ તમે દરેક માધ્યમમાં ઝડપનો તફાવત પણ ગણતરીમાં લો છો. તેનો અર્થ થાય કે તમે ન્યૂનતમ સમયનો પથ લીધો.

પ્રકાશ જ્યારે માધ્યમો વચ્ચે ગતિ કરે ત્યારે તદ્દન આ જ કરે છે. તે એવો પથ લે છે જે ન્યૂનતનમ સમયનો જથ્થો લેશે, જ્યારે તમે માધ્યમ વચ્ચે ઝડપના તફાવતને ગણતરીમાં લો.

ઉદાહરણ તરીકે, કલ્પના કરો કે તમે બારીમાંથી બહાર જોઈ રહ્યા છો. તમારી પાસે હવા, કાચ, અને ફરીથી હવા છે. કાચ હવા કરતા ઘટ્ટ છે, તેથી બહારથી આવતો પ્રકાશ ઝડપી માધ્યમમાંથી, પછી ધીમા માધ્યમમાં અને ફરી પાછો ઝડપી માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે. પ્રકાશ બહારથી તમારી આંખ સુધીનો પથ લે છે જે ન્યૂનતમ સમય પસાર કરે છે

તમે જોઈ શકો કે અગાઉનો નિયમ હજુ પણ લાગુ પાડે છે: જ્યારે પ્રકાશ કાચમાં પ્રવેશે ત્યારે કિરણ લંબ તરફ વાંકુ વળે છે. જ્યારે તે કાચમાંથી બહાર નીકળે, ત્યારે લંબથી દૂર જાય છે, અને કાચમાં પ્રવેશતી વખતે જે ખૂણો હતો એ જ સમાન ખૂણો મેળવે છે.

ધારો કે તમે માછલીઘરમાં છો, અને ત્યાં પાણીથી સંપૂર્ણ ભરેલી ટૅન્ક છે, તેથી ત્યાં ઉપર અને બાજુએ કાચ છે. જો તમે થોડા પાછળ ઊભા રહો, તો તમે માછલીને ટૅન્કની ઉપર અને ટૅન્કની પાછળ જોઈ શકો.

કારણકે તમે જુદા જુદા બે બિંદુઓ આગળ કાચમાંથી પ્રકાશને આવતો જુઓ છો, તમને સમાન માછલીના બે પ્રતિબિંબ જોવા મળશે.