Čukstošās galerijas viļņi

Čukstošās galerijas viļņi  jeb čukstošās galerijas modas  ir viļņu veids, kas pārvietojas gar ieliektu virsmu.  Sākotnēji tie tika atklāti skaņas viļņiem čukstošajā galerijā Svētā Pāvila katedrālē, bet tie var rasties arī gaismas viļņiem un citu veidu viļņiem. Čukstošās galerijas viļņiem ir pielietojumi lāzeros, dzesēšanā, sensoros, kā arī astronomijā un telekomunikācijās.

Ievads


Čukstošās galerijas viļņus pirmoreiz zinātniski aprakstīja Lords Relejs 1878. gadā,Lord Rayleigh, Theory of Sound, vol. II, 1st edition, (London, MacMillan), 1878. lai kliedētu mītu,J. Tyndall, The Science of Sound (New York, Philosophical Library), 1867, p. 20.G. B. Airy, On Sound and Atmospheric Vibrations, with the Mathematical Elements of Music (London, MacMillan), 1871, p. 145. ka Svētā Paula katedrāles apaļajā galerijā čukstus var dzirdēt tikai dažās specifiskās vietās. Viņš noskaidroja, ka skaņas intensitāte pie sienas krītas apgriezti proporcionāli attālumam, nevis attāluma kvadrātam, kā tas ir punktveida skaņas avotam izplatoties visos virzienos. Tas izskaidroja, kāpēc čuksti ir dzirdami visapkārt galerijai.
Lords Relejs 1910. un 1914. gadā izstrādāja viļņu teorijas, kas izskaidroja čukstošās galerijas fenomenu. Skaņas viļņi iegulst apaļajā galerijā un viļņu interferences rezultātā rodas rezonanse. Skaņas viļņi galerijā ir stabili tikai pie noteiktām notīm, kas rezonē ar galeriju, līdzīgi kā ērģeļu caurulēs veidojas noteiktas notis pie noteiktiem izmēriem. Skaņas viļņi veido modas.

Čukstošās galerijas modas akustiskiem viļņiem var novērot arī citās celtnēs ar lielām apļveida telpām kā, piemēram, Debesu templī Pekinā.

Pēc definīcijas, čukstošās galerijas viļņi nevar rasties, ja atstarojošā virsma ir taisna.L. M. Brekhovskikh, Sov. Phys. Acoust. 13, 462, 1968 Matemātiski tas atbilst limitam, kad liekuma rādiuss tiecas uz bezgalību. Čukstošās galerijas viļņi rodas, pateicoties sienas virsmas liekumam.

Akustiskie viļņi

Čukstošās galerijas viļņi akustisko viļņu formā eksistē daudzās dažādās sistēmās kā, piemēram, vibrācijas zemeslodēQuantitative Seismology, K. Aki and P. G. Richards (University Science Books), 2009, Ch. 8 vai zvaigznēs. Šādi akustiski čukstošās galerijas viļņi var tikt pielietoti neinvazīvai testēšanai, kur viļņi iespiežas caurumos, kas ir piepildīti ar šķidrumu. Tos var novērot arī cietos cilindros. un sfērās
Čukstošās galerijas viļņus ir efektīvāk vadīt sfērās nekā cilindros, jo sfērās tiek kompensēta akustiskā difrakcija.

Elektromagnētiskie viļņi


Čukstošās galerijas viļņi eksistē arī priekš gaismas viļņiem, kas tiek iegūti mikroskopiskās stikla sfērās vai cilindros, kas tiek pielietots lāzeros, dzesēšanā, "frekvenču ķemmes" ģenerēšanā un sensoru izveidē. Pateicoties pilnīgai iekšējai atstarošanai no mikrorezonatora iekšējās virsmas, var iegūt mikrorezonatora kvalitātes faktorus, lielākus par 1010, kas vairākkārt pārsniedz labākos kvalitātes faktorus akustiskās sistēmās, kas ir ap 104. Optiskajām modām čukstošās galerijas mikrorezonatorā pat ideālos apstākļos rodas radiācijas zudumi, kas mehānisma ziņā ir līdzīgi kvantu tunelēšanās efektam. Radiācijas zudumi tiek pētīti optiskās viļņvadīšanas teorijas ietvaros optiskajām šķiedrām un tos dēvē arī par vājināšanos staru tunelēšanās ietekmē. Kvalitātes faktors ir proporcionāls viļņa dzīves laikam un apgriezti proporcionāls virsmas izkliedei un gaismas viļņu absorbcijai mikrorezonatora vidē. Čukstošās galerijas viļņi tiek pētīti arī haotiskās galerijās, kur šķērsgriezums nav riņķis - šādiem viļņiem ir pielietojamība kvantu informācijas tehnoloģijās. 
Čukstošās galerijas viļņi ir novērojami arī citiem elektromagnētiskajiem viļņiem kā radioviļņiem, mikroviļņiem, terahercu radiācijai, infrasarkanajam starojumam, ultravioletajam starojumam un rentgenstariem.

Citas sistēmas

Čukstošās galerijas viļņi ir novēroti matērijas viļņu formā neitronos un elektronos, kā arī ir iespējams iemesls vibrācijām vienkodola atomā. Čukstošās galerijas viļņi novērojami arī ziepju plēvītes un plānu virsmu vibrācijās. Analoģijas ar čukstošās galerijas modām ir arī gravitācijas viļņiem pie melno caurumu notikumu horizonta. Čukstošās galerijas viļņi novēroti arī virsmas plazmoniem, kuri ir hibrīds starp elektronu un gaismas vilni, kā arī eksitoniem-polaritoniem pusvadītājos. Ir arī uztaisīti čukstošās galerijas viļņi priekš vienlaikus optiskiem un akustiskiem viļņiem, kur var novērot stipru modu sapīšanos un koherences efektus.

Atsauces

Kategorija:Viļņi
Kategorija:Skaņa