Природа света. Скорость света

Оп­ти­ка – раз­дел фи­зи­ки, ко­то­рый изу­ча­ет све­то­вые яв­ле­ния и за­ко­ны, уста­нов­лен­ные для них, а также вза­и­мо­дей­ствие света с ве­ще­ством, при­ро­ду света.

Ин­фор­ма­ция о мире при­хо­дит к че­ло­ве­ку по­сред­ством зре­ния. При по­мо­щи света мы по­лу­ча­ем боль­шую часть ин­фор­ма­ции об окру­жа­ю­щем мире.

Пер­вые све­де­ния о свете по­яви­лись 2,5 ты­ся­чи лет назад.

Пи­фа­гор был одним из пер­вых уче­ных, кто дал на­уч­ную ги­по­те­зу от­но­си­тель­но при­ро­ды света (см. Рис. 1). Он пер­вый не толь­ко до­га­дал­ся, но и до­ка­зал, что свет рас­про­стра­ня­ет­ся пря­мо­ли­ней­но. Он, а затем и дру­гие гео­мет­ры, вплоть до Ев­кли­да, ис­поль­зо­ва­ли све­то­вые яв­ле­ния от­ра­же­ния и пре­лом­ле­ния для по­стро­е­ния основ гео­мет­рии. Неда­ром один из раз­де­лов оп­ти­ки так и на­зы­ва­ет­ся – гео­мет­ри­че­ская оп­ти­ка.

Пи­фа­гор

Рис. 1. Пи­фа­гор

Пи­фа­гор: «Свет – поток ча­стиц, ко­то­рые из­лу­ча­ют пред­ме­ты, про­ни­кая в глаз че­ло­ве­ка, они при­но­сят ин­фор­ма­цию о том, что же нас окру­жа­ет».

В XVII веке сто­рон­ни­ком этой тео­рии стал Исаак Нью­тон (см. Рис. 2). Он объ­яс­нял много све­то­вых яв­ле­ний, ос­но­вы­ва­ясь на том, что свет – это поток спе­ци­аль­ных ча­стиц.

Исаак Нью­тон

Рис. 2. Исаак Нью­тон


Нью­тон не был столь ка­те­го­ри­чен в суж­де­нии о кор­пус­ку­ляр­ной при­ро­де света и давал свои утвер­жде­ния весь­ма об­те­ка­е­мо, остав­ляя место со­мне­ни­ям.

«Кор­пус­ку­ла» про­ис­хо­дит от лат. corpusculum – ча­сти­ца. По­это­му тео­рия Нью­то­на стала на­зы­вать­ся кор­пус­ку­ляр­ной тео­ри­ей света.

Факты:

1. Пря­мо­ли­ней­ное рас­про­стра­не­ние света.

2. Закон от­ра­же­ния.

3. Закон об­ра­зо­ва­ния тени от пред­ме­та.

В это же время по­яви­лась дру­гая тео­рия – вол­но­вая тео­рия света.

Сто­рон­ни­ком этой тео­рии был Хри­сти­ан Гюй­генс (см. Рис. 3). Он пы­тал­ся объ­яс­нить те же яв­ле­ния, что и Нью­тон, толь­ко с той по­зи­ции, что свет – это волна.

Хри­сти­ан Гюй­генс

Рис. 3. Хри­сти­ан Гюй­генс

Гюй­генс по­стро­ил вол­но­вую тео­рию света по ана­ло­гии с вол­но­вы­ми про­цес­са­ми на воде и в воз­ду­хе и по­то­му счи­тал, что све­то­вые волны также долж­ны рас­про­стра­нять­ся в ка­кой-то упру­гой среде, ко­то­рую на­звал све­то­вым эфи­ром. Эта идея про­слу­жи­ла ос­но­вой вол­но­вой оп­ти­ки вплоть до на­ча­ла XX века.

В те вре­ме­на уже было за­ме­че­но, что свет рас­про­стра­ня­ет­ся не толь­ко пря­мо­ли­ней­но.

1. Свет может оги­бать пре­пят­ствия – ди­фрак­ция (см. Рис. 4).

Ди­фрак­ция

Рис. 4. Ди­фрак­ция

2. Волны могут скла­ды­вать­ся – ин­тер­фе­рен­ция (см. Рис. 5).

Ин­тер­фе­рен­ция

Рис. 5. Ин­тер­фе­рен­ция

 

Эти яв­ле­ния свой­ствен­ны толь­ко вол­нам, по­это­му Гюй­генс счи­тал, что свет – это волна.

Кор­пус­ку­ляр­ная тео­рия не могла объ­яс­нить, как один луч про­хо­дит через дру­гой. Если рас­смат­ри­вать свет как поток ча­стиц, то долж­но на­блю­дать­ся вза­и­мо­дей­ствие, а его не на­блю­да­лось, и это го­во­ри­ло в поль­зу того, что свет – волна.

В се­ре­дине XIX века была со­зда­на тео­рия Макс­вел­ла. Он до­ка­зал, что элек­тро­маг­нит­ное поле рас­про­стра­ня­ет­ся со ско­ро­стью 300 тысяч км в сек.

Вслед­ствие про­ве­ден­ных опы­тов было вы­яс­не­но, что с такой ско­ро­стью рас­про­стра­ня­ет­ся и свет.

Свет – част­ный слу­чай элек­тро­маг­нит­ной волны.

 XVII в. – дат­ский уче­ный Ремер про­вел экс­пе­ри­мент, в ко­то­ром вы­яс­ни­лось, что ско­рость рас­про­стра­не­ния света равна при­мер­но 300 тысяч км в сек.

1848 г. – Ип­по­лит Физо до­ка­зал, что ско­рость света со­став­ля­ет 300 тысяч км в сек.

Это все под­твер­жда­ло тот факт, что свет яв­ля­ет­ся элек­тро­маг­нит­ной вол­ной.

В XIX веке Ген­рих Герц (см. Рис. 6) изу­чал свой­ства элек­тро­маг­нит­ных волн и по­ка­зал, что свет может быть ча­сти­цей. Герц от­крыл яв­ле­ние фо­то­эф­фек­та.

Ген­рих Герц

Рис. 6. Ген­рих Герц

Ген­рих Герц изу­чал элек­тро­маг­нит­ные волны, из­на­чаль­но счи­тая, что их не су­ще­ству­ет, и про­явил на­сто­я­щее му­же­ство, пер­вым при­знав их ре­аль­ность как при­род­но­го объ­ек­та.

Фо­то­эф­фект: под дей­стви­ем света из ме­тал­ли­че­ской пла­сти­ны, за­ря­жен­ной от­ри­ца­тель­но, вы­би­ва­ют­ся элек­тро­ны.

Это может вы­пол­нять­ся толь­ко в том слу­чае, если свет – поток ча­стиц.

В XX веке при­шли к окон­ча­тель­но­му ре­ше­нию, введя по­ня­тие кор­пус­ку­ляр­но-вол­но­во­го ду­а­лиз­ма света.

Свет ведет себя при рас­про­стра­не­нии как волна (вол­но­вые свой­ства), а при из­лу­че­нии и по­гло­ще­нии – как ча­сти­ца (со всеми свой­ства­ми ча­стиц). То есть свет имеет двой­ную при­ро­ду.

По­это­му все яв­ле­ния рас­смат­ри­ва­ют­ся с по­зи­ций этих двух тео­рий.

Последнее изменение: Понедельник, 10 Апрель 2017, 12:25