Свет - это часть спектра электромагнитного излучения, воспринимаемое человеческим глазом, а потому его изучением занимается физическая оптика. Термин "оптика" происходит от древнегреческого слова "ὀπτική"(оптик), что означает науку о зрительных восприятиях.
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.
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.
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.
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).
Рис. 4. Дифракция
2. Волны могут складываться – интерференция (см. Рис. 5).
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.
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.
О свете и цвете
Поделиться с друзьями: