Чем сильнее полировать зеркало, тем лучше оно будет отражать свет

Зеркалом мы привыкли называть стеклянный лист, покры­тый с одной стороны тонким слоем металла (чаще всего — сере­бра), который благодаря идеально гладкой поверхности отражает падающие на него световые лучи.

Однако зеркалами являются вообще все гладкие поверхности, обладающие способностью отражать значительную часть попадающего на них света. Лучше всего роль зеркал играют металлы, легко поддающиеся поли­ровке и способные тонким однородным слоем покрывать любые другие ровные поверхности (в частности, стекло).

Чаще всего нам необходимы зеркала с высоким коэффициентом отражения, то есть такие, которые задерживают или пропускают сквозь себя лишь очень малую (доли процента) часть падающих на них лучей света. Чтобы добиться этого, необходимо делать от­ражающие поверхности идеально ровными и гладкими. Ведь мы знаем, что хорошо отполированные предметы становятся в своем роде зеркалами, неплохо отражающими окружающий мир.

Проблема отражательной способности зеркал особо остро стоит в наблюдательной астрономии — значительная часть лю­бительских телескопов и все крупные современные телескопы выполнены по рефлекторной схеме, то есть содержат в себе па­раболическое зеркало. Понятно, что чем лучше это зеркало от­ражает свет, том более качественное, четкое и яркое изображе­ние дает телескоп. Однако производство зеркал для оптических инструментов давно достигло совершенства — современные зеркала обладают максимально возможной отражательной спо­собностью и даже в будущем она вряд ли будет увеличена хотя бы на сотые доли процента.

Получается, что зеркала больше невозможно совершествовать? Да, в общих чертах это так, и вот почему. Как известно, свет представляет собой электромагнитную волну с малой длиной (или, что то же самое, с высокой частотой). Спектр солнечного света непрерывен, то есть в нем присутствуют электромагнитные колебания с длинами волн от 380 до 760 нм (нанометр — одна мил­лионная часть миллиметра). Попадая на любые предметы, волны либо поглощаются, либо проходят сквозь них, либо отражаются (при этом отражаться могут как одновременно все волны, так и только некоторые из них — так тела приобретают окраску).

Все знают, что шероховатые поверхности плохо отражают свет, а гладкие, напротив, хорошо. При рассмотрении процесса отражения на микроскопическом уровне мы столкнемся с ин­тересной ситуацией. Если микронеровности поверхности пред­мета значительно больше длин волн, то отражения почти не происходит — свет «запутывается» в микроскопических буграх и впадинах. При полировке поверхности (то есть при уменьшении размеров микронеровностей) ее отражающая способность улучша­ется и в какой-то момент достигает наивысшего значения.

Однако полировать зеркальную поверхность имеет смысл лишь до определенного момента, после которого отражательные свойства не будут повышаться ни при каких ухищрениях. Нетруд­но догадаться, что произойдет это тогда, когда микронеровности по своим размерам станут меньше длины волны. В этом случае электромагнитная волна, падающая на поверхность, будет оги­бать бугорки, как бы и вовсе их не замечая. И для света совершен­но безразлично, на какую поверхность падать — идеально глад­кую, полностью лишенную микронеровностей, или имеющую микрошероховатость размерами меньше длины волны — в обоих случаях отражение будет происходить совершенно одинаково.

Из-за влияния этого фактора астрономы уже давно достигли предела полировки зеркал и линз телескопов. Поэтому сейчас для улучшения характеристик оптических приборов ученым приходится прибегать к принципиально новым приемам и ме­тодам. А в обычной жизни отражающая способность не играет большой роли, поэтому мы вполне обходимся зеркалами, дале­кими от идеала с научной точки зрения.