Vad är ljus? Denna fråga har intresserat mänskligheten i alla tider, men först på 1900-talet av vår tid var det möjligt att klargöra mycket om detta fenomens natur. Den här artikeln kommer att fokusera på den korpuskulära teorin om ljus, dess fördelar och nackdelar.
Från forntida filosofer till Christian Huygens och Isaac Newton
Några bevis som har överlevt till vår tid säger att människor började intressera sig för ljusets natur i det antika Egypten och det antika Grekland. Först trodde man att föremål avger bilder av sig själva. Den senare, som kommer in i det mänskliga ögat, skapar intrycket av objektens synlighet.
Sedan, under bildandet av det filosofiska tänkandet i Grekland, dök en ny teori om Aristoteles upp, som trodde att varje person avger några strålar från ögonen, tack vare vilka han kan "känna" föremål.
Medeltiden bringade ingen klarhet i den aktuella frågan, nya landvinningar kom först med renässansen och revolutionen inom vetenskapen. Särskilt under andra hälften av 1600-talet uppträdde två helt motsatta teorier, som sökteförklara de fenomen som är förknippade med ljus. Vi talar om Christian Huygens vågteori och Isaac Newtons korpuskulära teori.
Trots vissa framgångar med vågteorin hade den fortfarande ett antal viktiga brister:
- trodde att ljus fortplantade sig i etern, vilket aldrig upptäcktes av någon;
- vågornas tvärgående karaktär innebar att etern måste vara ett fast medium.
Med hänsyn till dessa brister, och även med tanke på Newtons enorma auktoritet vid den tiden, accepterades teorin om partiklar-kroppar enhälligt i kretsen av forskare.
Kärnan i den korpuskulära teorin om ljus
Newtons idé är så enkel som möjligt: om alla kroppar och processer runt omkring oss beskrivs av den klassiska mekanikens lagar, i vilka kroppar med ändlig massa deltar, så är ljus också små partiklar eller kroppar. De rör sig i rymden med en viss hastighet, om de möter ett hinder reflekteras de från det. Det senare förklarar till exempel förekomsten av en skugga på ett föremål. Dessa idéer om ljus höll i sig fram till början av 1800-talet, det vill säga cirka 150 år.
Det är intressant att notera att Lomonosov använde den Newtonska korpuskulära teorin i mitten av 1700-talet för att förklara gasernas beteende, vilket beskrivs i hans arbete "Elements of Mathematical Chemistry". Lomonosov ansåg att gas bestod av partiklar i kroppen.
Vad förklarade den newtonska teorin?
De skisserade idéerna om ljus gjordesett stort steg för att förstå dess natur. Newtons teori om blodkroppar kunde förklara följande fenomen:
- Rektilinjär spridning av ljus i ett homogent medium. Ja, om inga yttre krafter verkar på en rörlig ljuskropp, så beskrivs dess tillstånd framgångsrikt av den första Newtonska lagen för klassisk mekanik.
- Fenomenet reflektion. När kroppen träffar gränssnittet mellan två medier upplever kroppen en absolut elastisk kollision, som ett resultat av vilken dess rörelsemängdsmodul bevaras, och den själv reflekteras i en vinkel som är lika med infallsvinkeln.
- Fenomenet brytning. Newton trodde att genom att tränga in i ett tätare medium från ett mindre tätt (till exempel från luft till vatten), accelererar blodkroppen på grund av attraktionen av molekylerna i det täta mediet. Denna acceleration leder till en förändring i dess bana närmare det normala, det vill säga en refraktionseffekt observeras.
- Förekomsten av blommor. Teorins skapare trodde att varje observerad färg motsvarar sin egen "färg"-kropp.
Problem med den angivna teorin och återvänd till Huygens idé
De började dyka upp när nya ljusrelaterade effekter upptäcktes. De viktigaste är diffraktion (avvikelse från ljusets rätlinjiga utbredning när en stråle passerar genom en slits) och interferens (fenomenet med Newtons ringar). Med upptäckten av dessa ljusets egenskaper började fysiker på 1800-talet påminna om Huygens arbete.
Under samma 1800-tal undersökte Faraday och Lenz egenskaperna hos alternerande elektriska (magnetiska) fält, ochMaxwell utförde motsvarande beräkningar. Som ett resultat bevisades det att ljus är en elektromagnetisk tvärvåg, som inte kräver eter för sin existens, eftersom fälten som bildar det genererar varandra under utbredningsprocessen.
Nya upptäckter relaterade till ljus och Max Plancks idé
Det verkar som om Newtons korpuskulära teori redan är helt begravd, men i början av 1900-talet dyker det upp nya resultat: det visar sig att ljus kan "dra ut" elektroner från materia och utöva tryck på kroppar när det faller på dem. Dessa fenomen, till vilka ett obegripligt spektrum av en svart kropp lagts, visade sig vågteorin vara maktlös att förklara.
Lösningen hittades av Max Planck. Han föreslog att ljus interagerar med materiens atomer i form av små delar, som han kallade fotoner. Energin hos en foton kan bestämmas med formeln:
E=hv.
Där v - fotonfrekvens, h - Plancks konstant. Max Planck lade, tack vare denna idé om ljus, grunden för utvecklingen av kvantmekaniken.
Med hjälp av Plancks idé förklarar Albert Einstein fenomenet med den fotoelektriska effekten 1905, Niels Bohr - 1912 ger en motivering för atomära emissions- och absorptionsspektra, och Compton - 1922 upptäcker effekten som nu bär hans namn. Dessutom förklarade relativitetsteorin som utvecklats av Einstein gravitationens roll i avvikelsen från den linjära utbredningen av en ljusstråle.
Således återupplivade dessa vetenskapsmäns arbete i början av 1900-talet Newtons idéer omljus på 1600-talet.
Corpuscular-wave theory of light
Vad är ljus? Är det en partikel eller en våg? Under dess utbredning, oavsett om det är i ett medium eller i luftlöst utrymme, uppvisar ljus egenskaperna hos en våg. När dess interaktioner med materia beaktas, beter sig den som en materiell partikel. Därför är det för närvarande, med avseende på ljus, vanligt att tala om dualismen av dess egenskaper, som beskrivs inom ramen för korpuskulär vågteorin.
En partikel av ljus - en foton har varken laddning eller massa i vila. Dess huvudsakliga egenskap är energi (eller frekvens, vilket är samma sak, om du uppmärksammar uttrycket ovan). En foton är ett kvantmekaniskt objekt, precis som vilken elementarpartikel som helst (elektron, proton, neutron), därför har den ett momentum, som om det vore en partikel, men det kan inte lokaliseras (bestäm de exakta koordinaterna), som om det vore en vinka.
