در ابتدا فرض ميکنيم که يک باريکهي نور متشکل از شعاعهاي بسيار نازکي از نور است. هنگامي که يک باريکهي موازي شده از نور تحت يک زاويهي معين بر يک سطح پوليش شده فرود ميآيد تحت زاويهاي مساوي از آن سطح بازتاب خواهد شد. اگر سطح فرودي بهجاي براق بودن ناهموار باشد، قسمتهاي مختلف يا درواقع شعاعهاي مختلف باريکه در جهتهاي مختلف، که به جهتگيري سطوح کوچک ناهمواريِ محل فرود باريکه دارد، بازتاب خواهند شد. بنابراين سطح بهصورت مات، و نه صيقلي، به نظر ميرسد.
براي ايجاد يک سطحِ تختِ پوليش شده بايد يک حرکت نوساني و دَوَراني آزاد به يک ابزار تخت روي سطح کارِ در حال چرخش در حالي بدهيم که پودري از دانههاي سايندهي هماندازه (مخلوط شده در آب) بين سطح ابزار و سطح کار وجود داشته باشد. اين دانهها بر اثر حرکتشان و فشار روي شيشه، سطح شيشه را در ابعادي قابل قياس با اندازههايشان ميشکنند، و لذا سطح تختي بهدست خواهد آمد که داراي ناهمواريهايي خواهد بود که بزرگيِ آنها از مرتبهي ابعاد دانههاست؛ اگر اندازهي هر دانهي در حال کار درحدود ده ميکرون باشد سطح بهدست آمده مات خواهد بود و پروسهي کاري اسموتينگ نام دارد، و اگر، بعد از اسموتينگ، اندازهي هر دانهي درحال کار درحدود يک ميکرون باشد سطح بهدست آمده صيقلي خواهد بود و پروسهي کاري پوليشينگ نام دارد. بدين ترتيب ميبينيم که حتي يک سطح صيقلي سطحي خشن دارد که اندازهي ناهمواري آن از مرتبهي اندازهي دانههاي سايندهي پوليشينگ است. و واضح است که شکل ناهمواري سطح بعد از پوليشينگ بايد مشابه شکل ناهمواري آن بعد از اسموتينگ باشد.
.jpg)
حال اگر نظريهاي که در ابتدا براي بازتاب (بر اساس درنظر گرفتنِ باريکهي نور بهعنوان مجموعهاي از شعاعهاي نوري) ارائه شد صحيح باشد، چرا بايد ما سطح کار را بعد از پوليشينگ بهصورت يک سطح (صيقلي) بازتابان ببينيم درحاليکه سطح مشابه آن بعد از اسموتينگ مات است؟ (ميدانيم که برطبق اين نظريه آنچه باعث ميشود که يک سطح براق باشد کوچکيِ ناهمواري سطح نيست بلکه عدمِ وجود ناهمواري است يعني عدمِ وجودِ زاويههايي قطع کنندهي امتدادِ سطح.) وجود چنين تناقضي بين نظريهي مذکور و آنچه در عمل، يک سطح کار شده با پودر پوليشينگ را براق نشان ميدهد باعثِ خلق نظريههاي توجيهکنندهي جاري شدنِ غيرگرمايي سطح (Beilby و ديگران) [1, 2, 3] و تشکيل يک سطح ژل سيليکا (SiOH) توسط هيدروليز (Grebenshchikov و ديگران) [4] شده است که در يکي گفته ميشود سطح جامد جاري ميشود و ناهمواريهاي سطح را پر ميکند تا يک سطح براقِ هموار توليد شود و در ديگري گفته ميشود که اين کار با ژل سيليکاي بهوجود آمده انجام ميگيرد. اين نظريهها و ديگر نظريههاي مشابه در اين رابطه، بهروشني اثبات نشدهاند و بيشتر حکمِ پبيشنهاد را دارند.
براي حل اين مسئله نخست بهدرستي، يک سطح براق را تعريف ميکنيم. براي اين کار لازم است درک درستي از فيزيکِ بازتاب داشته باشيم تا بعد از آن بتوانيم يک سطح براق را بهعنوان يک سطح بازتابان تعريف کنيم. اشاره به شعاعهاي نوريِ درحالِ انتشار در خطوط مستقيم که شبيه توپهايي عمل ميکنند که بعد از برخورد به ديوار پس زده (يا منعکس) ميشوند مطمئناً زيبندهي يک فيزيکدان به هنگام تلاش براي تعريف بازتابش نيست زيرا قاعدتاً او از طبيعتِ موجي نور آگاه است. پس، بياييد يک جبههي موج تخت (بهجاي تصور باريکه) در نظر گيريم که به مولکولهاي (سطحي که قرار است براق شود) واقع در يک سطح هندسيِ تخت تحت يک زاويهي معين ميرسد. مولکولهاي در معرض قرار گرفته چشمههايي براي تابش موجکهاي (هويگنس) کروي [5] خواهند بود بهگونهاي که پوش آنها همان جبههي موجِ موجِ منعکس شده است. روشن است که چون مولکولها بر يک سطح واقع شدهاند زاويهي بازتابش برابر با زاويهي تابش است، و به بيان دقيقتر در زوايايِ ديگرِ بازتابش پوش تختي از موجکهاي انتشار يافتهي مرئي وجود ندارد.
به اين ترتيب شرطِ بازتابش اين است که مولکولهاي سطح بازتابان همسطح باشند. تلرانس اين همسطحي چقدر است؟ به وضوح اگر اين مولکولها تنها به ميزانِ بسيار کمي ناهمسطح باشند ميتوانيم همان جبههي موج تخت بازتابيده را، هرچند نه با همان کيفيت ايدهآل، تحت همان زاويهي بازتابش داشته باشيم. اين تلرانس، کسر کوچکي از طول موج فرودي است. به اين ترتيب مولکولهاي اطراف يک سطح تخت ايدهآل در فواصل عمودياي کوچکتر از کسري از طول موج، ميتوانند جبههي موج تخت فرود آمده بر خود را بهصورتِ جبههي موج بازتابيدهي تخت قابل قبول، تحت زاويهاي برابر با زاويهي فرود منعکس کنند. اين مولکولها ميتوانند مولکولهاي همهي سطوح کوچک ناهمواريِ يک سطح تخت (صيقلي) باشند به شرطي که عمق گودالکها کمتر از همان کسر طول موج باشد. بنابراين تعجبي ندارد که درحاليکه با مشاهده بهوسيلهي يک ميکروسکوپ الکتروني شيارهاي ردّ اثرِ افتاده توسط دانههاي سايندهي پودر پوليش، يا به عبارت ديگر ناهمواريهاي سطح صيقلي (پوليش شده) ناشي از پودر پوليش، قابل رؤيت است، سطح، با چشمان غيرمسلح يا حتي با ميکروسکوپهاي نوري، صيقلي و براق و بدون خش ديده ميشود. اين شيارها و ناهمواريها توسط چيزي پر نميشوند بلکه ديده نميشوند.
.jpg)
بر اساس معيار ناهمواري رالي اگر عمق هر ناهمواري نسبت به امتداد سطح بازتابان h باشد و زاويهي حادّه بين جبههي موج تخت فرودي و سطح بازتابان T باشد، آنگاه عمق ناهمواري نسبت به (امتداد) جبههي موج فرودي h•cosT خواهد بود، و به همين علت است که براي باريکههاي خراشان (که در آنها T به سمت 90 درجه ميل ميکند) سطح (بازتابان) بازتابانتر است. همچنين يک ناهمواري براي يک طول موج بلند بازتابانتر است تا براي يک طول موج کوتاه زيرا عمق ناهمواري براي اولي کسر کوچکتري از طول موج است تا براي دومي.
چنانکه ميبينيم نظريهي ذرهاي نور واقعاً نميتواند وجود سطح صيقلي را توجيه کند درحاليکه نظريهي موجي نور اين کار را بهخوبي انجام ميدهد.
.jpg)
[1] Beilby, Aggregation and flow of Solids, 1921, Macmillan, London
[2] F. Twyman, Prism and Lens Making, Hilger and Watts, 2nd edn.,
1951
[3] Colonel Charles Deve, Optical workshop principles, Hilger andWatts,
Ltd, 1954
[4] Douglas F. Horne, Optical production technology, Adam Hilger Ltd,
Bristol, 2nd edition, 1983
[5] Eugene Hecht, Alfred Zajak, Optics, Addison-Wesley, 1974
/ن