Невозможность получить малую расходимость пучка от "обычных", нелазерных источников света вызвана тем, что любой такой источник на самом деле представляет собой множество независимо излучающих источников света - атомов и электронов. При фокусировке каждый создает собственное точечное (с учетом дифракции - диск Эри) действительное изображение в фокальной плоскости или собственный параллельный (с расходимостью, обусловленной только дифракцией) пучок. В сумме же мы имеем изображение светящегося тела, существенно превышающее в размерах диск Эри или заметно расходящийся пучок.
Лазерное же излучение генерируется ансамблем из множества синхронизированных<wbr /> излучателей-атомов, формирующих единый волновой фронт, которому соответствует один точечный мнимый источник света. В реальных лазерах таких источников может быть несколько по числу типов колебаний (мод) в резонаторе. Но даже в этом случае эти источники в большинстве лазеров разнесены геометрически на очень малое расстояние (линейное или угловое), сравнимое с дифракционной расходимостью. Так, в типичном дешевом маломощном многомодовом лазерном диоде, какой можно встретить в лазерной указке, сумма поперечных мод формирует мнимый источник света в виде полоски шириной в десятые доли микрометра и длиной 1-3 микрометра, который обычной линзой превращается в пучок света, расходимость которого по одному направлению лишь немного больше теоретически возможной, а по другому -- в несколько раз ее превышает. Но это нельзя сравнить с тем, что можно получить на нелазерных источниках схожей интенсивности, у которых минимальные геометрические размеры -- это десятые доли миллиметра.
Пучок света с очень маленькой (близкой к теоретической) расходимости получить возможно. Для этого нужно направить свет на очень маленькое (около 0,5-2 мкм) отверстие -- так называемую искусственную звезду -- и с помощью линзы преобразовать сферическую волну по другую сторону этого отверстия в плоскую. Однако чтобы получить хотя бы "указочные" несколько милливатт мощности, нам придется осветить отверстие светом, интенсивность которого сравнима с яркостью ядерного взрыва.
Нигде. Чистая зеркальная поверхность не видна - она отражает весь падающий на неё свет, и видна не сама поверхность, а то, что в ней отражается.
Нет, такой фокус не удастся. Дело в том, что на ярком свету зрачок глаза очень маленький (а нужно перекрыть спичкой именно зрачок), однако на таком свету звезды не видны. Они видны ночью, и чем ночь темнее, тем звезды видны лучше. Но зрачок глаза автоматически очень сильно увеличивается в темноте, чтобы на сетчатку попало больше света. И диаметр зрачка в темноте становится значительно больше толщины спички.
А вот зрачок на ярком свету
В этом рассуждении ряд ошибок. Первая - если некий луч света испытал полное внутренне отражение в капле, то любой луч света также испытает полное внутренне отражение. Это не так - путь лучей, падающих под разным углом, будет различен. Вторая - та, что угол падения в точке С равен углу падения в точке В - это тоже частный случай (для угла ровно в 60 градусов), не подлежащий обобщению.
Если луч при падении на шаровую каплю, не выходил бы из нее, то капля представлялась бы нам абсолютно черным телом, чего, как мы знаем по собственному опыту, не наблюдается :-)
Для начала - не "в определённой частоте" (с точки зрения русского языка, это вообще бессмыслица), а в определённом ДИАПАЗОНЕ частот. Хотя для света чаще оперируют длиной волны, а не частотой.
Ну а почему - так получилось... Прежде всего потому, что именно в этом диапазоне лежит излучаемый Солнцем свет. Вполне естествено, что органы зрения приспособились под то, что есть, а не под какой-то другой диапазон. Конечно, в природе есть удивительные примеры чувствительности и в других диапазонах (прежде всего это тепловое "зрение" змей), но это уже совсем другая история. Тем более что и зрением это назвать нельзя: эти ямки дают направление на источник тепла (то есть это своего рода пассивная локация), а не изображение источника.
Ну и к диапазону чувствительности, наконец. Спектральная чуствительность зрения (для человека это называется кривой видности) представляет собой колокол - есть отчётливый максимум со спадом по обе стороны. Как и почти всегда в таких случаях, такой вид кривой определяется двумя факторами. Со стороны длинных волн это энергия фотонов. Восприятие света вызывается возбуждением молекул фоточувствительного пигмента - родопсина. На такое возбуждение требуется определённая энергия. Если у квантов света энергия недостаточная, то возбуждения не происходит - это полная аналогия с красной границей фотоэффекта. Со стороны коротких волн (начиная с ультрафиолета) работает уже другой эффект - прозрачность хрусталика и склеры. Фоточувствительные клетки расположены на сетчатке, до которой свету ещё надо дойти. А доходит он туда через хрусталик и склеру, прозрачность которых для света с короткой длиной волны падает, в конце концов до нуля. Тут опять же есть аналогия - оконное стекло. Оно пропускает видимый свет, но задерживает ультрафиолет.
Так что вот эти два фактора - малая энергия фотонов для инфракрасного излучения и непрозрачность оптической системы глаза для ультрафиолетового - и задают тот диапазон длин волн, в котором мы видим.
