Каустика

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Каустика отражения солнечных лучей от цилиндрического зеркала

Ка́устика (от лат. жгучий) в оптике — геометрическое место всех фокусов негомоцентрических пучков, то есть пучков световых лучей, не сходящихся в одной точке. Можно сказать, что каустики — это особые точки световых поверхностей, и именно потому каустики легко заметить: именно в них резко возрастает интенсивность светового поля.

[править] Образование каустик

Поставьте наполненный водой бокал на освещённый стол — и вы увидите яркие кривые причудливой формы, нередко в виде кардиоиды^{[источник?]}. Каустики в динамике можно увидеть на дне неглубокого наполненного водой бассейна, поверхность которого находится в волнении. После дождя мы любуемся огромной разноцветной каустикой^{[источник?]} — радугой. Каустики возникают не только при распространении света, но и в ряде других волновых явлений. Так, например, корабельные волны можно также считать каустикой гравитационных волн на воде^{[источник?]}. Более того, каустики возникают и при эволюции систем с большим числом слабо взаимодействующих частиц. Например, в классических работах Я. Б. Зельдовича за счёт гравитационной нестабильности первоначально почти однородное распределение массы во Вселенной концентрируется на каустиках и приводит к образованию нитевидной крупномасштабной структуры вселенной. В описывающих их уравнениях математической физики каустикам отвечают моменты опрокидывания решений.

[править] Применение

Каустики используются и в научных исследованиях, и иногда выступают в довольно неожиданных ролях. Например, оптические каустики можно использовать при детектировании событий гравитационного линзирования для определения геометрии компактного тёмного объекта-линзы.

Каустика от лупы

В рамках геометрической оптики, каустики представляют собой поверхности бесконечно малой толщины. С учётом волновых свойств света, каустики обязаны иметь некоторую толщину, заведомо не меньшую, чем длина волны света. Теория каустик напрямую связана с одним из разделов современной математики — теорией катастроф.