Развитие представлений о природе света
Мы помогаем студентам с дипломными, курсовыми, контрольными Узнать стоимость

Развитие представлений о природе света

    Первые представления о природе света были известны еще у древних греков египтян. Со временем изобретались новые оптические приборы, которые развивались и трансформировались. А конец XVII века знаменит тем, что появляются две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс).

    Корпускулярная и волновая теории света

    Корпускулярная теория рассматривает свет как поток частиц, которые испускаются при помощи светящихся тел. Ньютон предполагал, что их движение подчинено законам механики. Понятие отражения света рассматривалось также, как и отражение упругого шарика от плоскости. Преломление света было объяснено изменением скорости корпускул при переходе из одной среды в другую. Случай с преломлением корпускулярная теория привела к такому виду записи закона:

    sin φsin ψ=υc=n, где с – скорость света в вакууме, υ - скорость распространения света в среде. Имеем, что n>1, тогда, исходя из нее, скорость света в средах должна была быть больше скорости света в вакууме. Также Ньютон предпринял попытки объяснить возникновение интерференционных полос, которые были подвержены определенной периодичностью световых процессов. Поэтому корпускулярная теория содержала некоторые элементы волновых представлений.

    Волновая теория рассматривала свет в качестве волнового процесса, напоминающего механические волны. В основу теории был заложен принцип Гюйгенса, из которого следовало, что каждая точка, до которой доходит волна, определяется как центр вторичных волн. Отсюда понятно, огибающая этих волн, изображенная на плоскости A1A2 рисунка 3.6.1определяет положение волнового фронта в последующий момент времени.

    Определение 1

    По Гюйгенсу волновой фронт – это геометрическое скопление точек, от которых доходит волновое возмущение одновременно.

    Данный принцип объяснял законы отражения и преломления. На рисунке 3.6.1 изображены представления Гюйгенса об определении направления распространения волны, которая преломляется на границах двух прозрачных сред.

    Рисунок 3.6.1. Построения Гюйгенса для определения направления преломленной волны.

    Если преломление происходит на границе вакуум-среды, тогда, исходя из волновой теории, приходим к результату:

    sin ψsin φ=cυ=n.

    Закон преломления получается из волновой теории. Но он противоречит формуле Ньютона. Волновая теория говорит о том, что υ<c, когда по корпускулярной теории υ>c.

    Астрономический метод измерения скорости

    Начало XVIII века – это было временем существования двух противоположных подходов к объяснению природы света: корпускулярная и волновая. Обе трактовали прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. Начало XIX столетия стало переломным моментом.

    Корпускулярная теория отвергнута, а волновая была принята. Это произошло, благодаря исследованиям Т. Юнга и О. Френеля в области явлений интерференции и дифракции. Точно объяснить все явления было возможно, основываясь на волновой теории. В 1851 году ее справедливость доказана Ж. Фуко экспериментально при измерении скорости распространения света в воде, получив υ<c.

    Середина XIX века – это время общепризнанной волновой теории. Но вопрос о природе световых волн оставался нерешенным.

    Со временем Максвелл установил общие законы электромагнитного поля, приведшие его к тому, что свет является электромагнитными волнами. Подтверждением данного факта было совпадение скорости света в вакууме с электродинамической постоянной c=1ε0μ0. Позднее электромагнитную природу света признали после опытов Герца, связанных с исследованием электромагнитных волн. П.Н. Лебедева изучал и также проводил опыты, связанные с изменением светового давления, благодаря чему электромагнитная теория света и стала рассматриваться, как факт.

    На роль определения природы света повлияло определение ее скорости. Еще с конца XVII пытались измерить скорость света при помощи различных методов. Наличие современной техники расширило возможности и помогло точно измерить скорость света в независимости от длины волны λ и частоты υ(c=λ·υ). Поэтому пришли к выводу, что c=299792458±1,2l. Значение отличается от предыдущего полученного более, чем на два порядка.

    Важная роль света в жизни была отмечена давно. Большое количество информации предоставляется именно при помощи света. Но существует не только видимый свет, но и невидимый для наших глаз: инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ).

    Свет и электромагнитное излучение иных диапазонов схожи по физическим свойствам. Отличительные же черты различных участков спектра – это длина волны λ и частота υ. На рисунке 3.6.2 располагается шкала значения электромагнитных волн.

    Рисунок 3.6.2. Шкала электромагнитных волн. Границы между различными диапазонами условны.

    Определение 2

    Оптический диапазон измерения волн – нанометр (нм) и микрометр (мкм):

    1 нм=10-9 м=10-7 см=10-3 мкм.

    С помощью электромагнитной теории смогли объяснить оптические явления. Но она не позволила завершить понимание природы света. В XX веке было выявлено, что электромагнитная теория не сможет помочь в толковании явлений атомного масштаба, которые возникают после взаимодействия света с веществом. Такие понятия, как излучение черного тела, эффект Комптона и другие требовали введения квантовых представлений.

    При изучении и углублении световых свойств науке снова пришлось вернуться к теории корпускул – световых квантов. Когда при проведении опытов замечали проявления волновых и корпускулярных волн, то имел смысл говорить о том, что свет имеет двойственную природу. Иначе говоря, он характеризуется корпускулярно-волновым дуализмом.

    Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter
    Средняя оценка статьи
    4,1 из 5 (7 голосов)