Развитие представлений о природе света

1-ые представления о природе света появились у старых греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования разных оптических устройств (параболических зеркал, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века появились две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс). Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами.

Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света разъяснялось конфигурацией скорости корпускул при переходе из одной среды в другую. Для варианта преломления света на границе вакуум–среда корпускулярная теория приводила к последующему виду закона преломления:

 Развитие представлений о природе света

где c – скорость света в вакууме, υ – скорость распространения света в среде. Потому что n > 1, из корпускулярной теории следовало, что скорость света в средах должна быть больше скорости света в вакууме. Ньютон пробовал также разъяснить возникновение интерференционных полос, допуская определенную периодичность световых процессов. Таким макаром, корпускулярная теория Ньютона содержала внутри себя элементы волновых представлений. 

Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривала свет как волновой процесс, схожий механическим волнам. В базу волновой теории был положен принцип Гюйгенса, согласно которому любая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в последующий момент времени. При помощи принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления. Рис. 6.6.1 дает представление о построениях Гюйгенса для определения направления распространения волны, преломленной на границе 2-ух прозрачных сред.

Построения Гюйгенса 1
Набросок 6.6.1. Построения Гюйгенса для определения направления преломленной волны.

Для варианта преломления света на границе вакуум–среда волновая теория приводит к последующему выводу:

 Развитие представлений о природе света

Закон преломления, приобретенный из волновой теории, оказался в противоречии с формулой Ньютона. Волновая теория приводит к выводу: υ < c, тогда как согласно корпускулярной теории υ > c.  Таким макаром, к началу XVIII века было два обратных подхода к разъяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. Обе теории разъясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. Весь XVIII век стал веком борьбы этих теорий. Но сначала XIX столетия ситуация коренным образом поменялась. Корпускулярная теория была отвергнута и восторжествовала волновая теория.

Большая награда в этом принадлежит британскому физику Т. Юнгу и французскому физику О. Френелю, исследовавшим явления интерференции и дифракции. Исчерпающее разъяснение этих явлений могло быть дано лишь на базе волновой теории. Принципиальное экспериментальное доказательство справедливости волновой теории было получено в 1851 году, когда Ж. Фуко (и независимо от него А. Физо) измерил скорость распространения света в воде и получил значение υ < c. Хотя к середине XIX века волновая теория была общепризнана, вопрос о природе световых волн оставался нерешенным. В 60-е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электрического поля, которые привели его к заключению, что свет – это электрические волны. Принципиальным доказательством таковой точки зрения послужило совпадение скорости света в вакууме с электродинамической неизменной  Развитие представлений о природе света
Электрическая природа света получила признание после опытов Г. Герца (1887–1888 гг.) по исследованию электрических волн. Сначала XX века после опытов П. Н. Лебедева по измерению светового давления (1901 г.) электрическая теория света перевоплотился в твердо установленный факт. Самую важную роль в выяснении природы света сыграло опытнейшее определение его скорости. Начиная с конца XVII века предпринимались многократные пробы измерения скорости света разными способами (астрономический способ А. Физо, способ А. Майкельсона). Современная лазерная техника позволяет определять скорость света с очень высочайшей точностью на базе независящих измерений длины волны λ и частоты света ν (c = λ · ν). Таким методом было найдено значение

 Развитие представлений о природе света

превосходящее по точности все ранее приобретенные значения более чем на два порядка.  Свет играет очень важную роль в нашей жизни. Подавляющее количество инфы об внешнем мире человек получает при помощи света. Но, в оптике как разделе физике под светом понимают не только лишь видимый свет, да и примыкающие к нему широкие спектры диапазона электрического излучения – инфракрасный ИК и ультрафиолетовый УФ. По своим физическим свойством свет принципно неотличим от электрического излучения других диапазонов – разные участки диапазона отличаются друг от друга только длиной волны λ и частотой ν. Рис. 6.6.2. дает представление о шкале электрических волн.

Шкала электрических волн 2
Набросок 6.6.2. Шкала электрических волн. Границы меж разными спектрами условны.

Для измерения длин волн в оптическом спектре употребляются единицы длины 1 нанометр (нм) и 1 микрометр (мкм):

1 нм = 10–9 м = 10–7 см = 10–3 мкм.

  Видимый свет занимает спектр примерно от 400 нм до 780 нм либо от 0,40 мкм до 0,78 мкм. Электрическая теория света позволила разъяснить многие оптические явления, такие как интерференция, дифракция, поляризация и т. д. Но, эта теория не окончила осознание природы света. Уже сначала XX века выяснилось, что эта теория недостаточна для истолкования явлений атомного масштаба, возникающих при содействии света с веществом. Для разъяснения таких явлений, как излучение темного тела, фотоэффект, эффект Комптона и др. потребовалось введение квантовых представлений (см. гл. VIII). Наука вновь возвратилась к идее корпускул – световых квантов. Тот факт, что свет в одних опытах обнаруживает волновые характеристики, а в других – корпускулярные, значит, что свет имеет сложную двоякую природу, которую принято охарактеризовывать термином корпускулярно-волновой дуализм.