Электромагнитная природа света
Введение. Что такое свет
Пришла пора поговорить об электромагнитной природе света. Мы неоднократно слышали слово «свет», но вот определение того, что же это такое, мы до сих пор не вводили в курсе физики. Светом называется электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом и вызывающее зрительные ощущения.
Хотелось бы заметить, что в этом определении все связано именно с человеческим ощущением, человеческим глазом. Вообще, люди давно задумывались о том, что такое свет. И Пифагор, и Аристотель, и другие древние ученые серьезно подходили к этому вопросу и выдвигали свои теории. Но две основные теории, о которых мы обязаны сегодня поговорить, сложились в конце и начале 18 века.
Корпускулярная и волновая теории
Создателем первой теории, корпускулярной, является Исаак Ньютон. А родоначальником второй теории, волновой, является голландский ученый Христиан Гюйгенс.
В итоге развития обеих теорий, свет, стали рассматривать, как объект, обладающий двумя свойствами. И свойствами частиц (корпускул, от латинского слова «корпускулы» – частицы), и свойствами волны.
Волновая теория и корпускулярная теория успешно объясняли некоторые оптические явления: прямолинейное распространение света, преломление света, отражение света, т.е. те самые законы, о которых мы говорили в 8 классе. Объяснение этих явлений, как выяснилось, может быть двойным. В итоге, эти две теории просуществовали довольно долго с переменным успехом. И ученые никак не могли определиться, что же такое свет - волна или поток частиц? Точку в этом исследовании, в этих теориях удалось поставить только в середине 19 века. Но все началось в 17 веке.
Скорость света. Корпускулярно-волновой дуализм
Итак, посмотрим на этапы познания того, что же такое свет:
1. Датский астроном Олаф Рёмер в 1676 г провел эксперимент по определению скорости света. Этот эксперимент был связан с тем, как определяется скорость света при затмении спутника Юпитера Ио. Результат, который получил Рёмер в своих опытах, составил 285000 
.
Рис. 1. Схема опыта Ремера по определению скорости света
2. В 1848 г. французский физик Физо провел эксперимент из которого следовало, что скорость распространения света в вакууме составляет 313000 .
Однако эти опыты не могли подтвердить, что же такое свет – волна или частица.
3. В 1852 г. английский ученый Максвелл определил скорость распространения электромагнитных волн теоретически. Он установил, что скорость распространения электромагнитных волн составляет 300000.
Как только Максвелл получил значение этой скорости, естественно, он попытался выяснить, а есть ли такие объекты, которые обладают такой скоростью. В результате стало понятно, что такой объект есть и это, конечно, свет. То есть опыты Рёмера и Физо привели к тому, что в сочетании с результатами, полученными Максвеллом, стало ясно, что скорость распространения электромагнитных волн является не чем иным, как скоростью света. И теперь, конечно, остается сделать последний вывод – это то, что свет является не чем иным, как электромагнитной волной.
Казалось бы, после всех этих экспериментов, после всех этих выводов можно было оставить споры о том, что такое свет, и прийти к тому единственному решению, что свет – это электромагнитная волна. Однако хотелось бы отметить, что в дальнейшем, в самом конце 19 века были открыты явления, которые доказывали, что свет все-таки обладает свойствами частиц.
На сегодняшний день считается следующее: свет имеет двойную природу. Он одновременно и волна, и частица. Тогда, когда свет распространяется, т.е. от источника до наблюдателя, он ведет себя как волна. А тогда, когда он взаимодействует с поверхностью, с веществом или тогда, когда он рождается, при рождении света, он ведет себя как частица. Поток специальных частиц, которые составляют свет называется потоком фотонов. Одна частица, соответственно, – фотон.
Во время борьбы двух теорий, волновой и корпускулярной, естественно, каждый из апологетов той или иной теории искал определенную опору в опытах. Что касается волновой теории, очень важное значение получило явление, которое было открыто Томасом Юнгом в 1802 г., и называется это явление интерференцией. Это наложение двух когерентных волн, в результате которого образуется устойчивая картина из максимумов и минимумов. Надо сказать, что интерференция света представляет собой достаточно известную всем картину – это когда чередуются светлые и темные световые полоски. Вам всем известна интерференция в тонких пленках, - когда мы наблюдаем мыльный пузырь в солнечном свете, то видим, как он переливается разноцветными цветами. Это и есть проявление интерференции света.
Рис. 2. Интерференция в мыльном пузыре
То же самое происходит летним днем, когда мы наблюдаем поверхность лужи, то можем видеть в тонкой пленке такое же разноцветное чередование полос. Интерференция – это явление волновое, поэтому после опытов Т. Юнга стало ясно, что свет является по большей части, видимо, волной, т.е. это явление доказывало, что свет – это волна.