Hva er lys? Dette spørsmålet har interessert menneskeheten i alle aldre, men først på 1900-tallet av vår tidsregning var det mulig å avklare mye om naturen til dette fenomenet. Denne artikkelen vil fokusere på den korpuskulære teorien om lys, dens fordeler og ulemper.
Fra eldgamle filosofer til Christian Huygens og Isaac Newton
Noen bevis som har overlevd til vår tid sier at folk begynte å bli interessert i lysets natur i det gamle Egypt og det gamle Hellas. Først ble det antatt at gjenstander sender ut bilder av seg selv. Sistnevnte, som kommer inn i det menneskelige øyet, skaper inntrykk av synligheten til objekter.
Så, under dannelsen av filosofisk tankegang i Hellas, dukket det opp en ny teori om Aristoteles, som mente at hver person sender ut noen stråler fra øynene, takket være at han kan "føle" objekter.
Middelalderen brakte ingen klarhet i spørsmålet under vurdering, nye prestasjoner kom først med renessansen og revolusjonen innen vitenskap. Spesielt i andre halvdel av 1600-tallet dukket det opp to helt motsatte teorier, som forsøkte åforklare fenomenene knyttet til lys. Vi snakker om bølgeteorien til Christian Huygens og den korpuskulære teorien til Isaac Newton.
Til tross for noen suksesser med bølgeteorien, hadde den fortsatt en rekke viktige mangler:
- trodde at lyset forplantet seg i eteren, som aldri ble oppdaget av noen;
- bølgenes tverrgående natur gjorde at eteren måtte være et solid medium.
Ta hensyn til disse manglene, og også gitt Newtons enorme autoritet på den tiden, ble teorien om partikler-korpuskler akseptert enstemmig i kretsen av forskere.
essensen av den korpuskulære teorien om lys
Newtons idé er så enkel som mulig: Hvis alle legemer og prosesser rundt oss er beskrevet av lovene i klassisk mekanikk, der legemer med endelig masse deltar, så er lys også små partikler eller korpuskler. De beveger seg i rommet med en viss hastighet, hvis de møter en hindring, reflekteres de fra den. Sistnevnte forklarer for eksempel eksistensen av en skygge på et objekt. Disse ideene om lys varte til begynnelsen av 1800-tallet, det vil si rundt 150 år.
Det er interessant å merke seg at Lomonosov brukte den newtonske korpuskulære teorien på midten av 1700-tallet for å forklare oppførselen til gasser, som er beskrevet i hans arbeid "Elements of Mathematical Chemistry". Lomonosov anså gass for å være sammensatt av blodlegemer.
Hva forklarte newtonsk teori?
De skisserte ideene om lys lagetet stort skritt i å forstå dens natur. Newtons teori om korpuskler var i stand til å forklare følgende fenomener:
- Retlineær forplantning av lys i et homogent medium. Faktisk, hvis ingen ytre krefter virker på et lyslegeme i bevegelse, blir dets tilstand vellykket beskrevet av den første newtonske loven for klassisk mekanikk.
- Fenomenet refleksjon. Ved å treffe grensesnittet mellom to medier, opplever blodlegemet en absolutt elastisk kollisjon, som et resultat av at dens momentummodul bevares, og det selv reflekteres i en vinkel lik innfallsvinkelen.
- Fenomenet refraksjon. Newton mente at ved å trenge inn i et tettere medium fra et mindre tett medium (for eksempel fra luft til vann), akselererer blodlegemet på grunn av tiltrekningen av molekylene i det tette mediet. Denne akselerasjonen fører til en endring i banen nærmere normalen, det vil si at det observeres en refraksjonseffekt.
- Eksistensen av blomster. Skaperen av teorien mente at hver observert farge tilsvarer sitt eget "farge"-legeme.
Problemer med den utt alte teorien og gå tilbake til Huygens' idé
De begynte å dukke opp da nye lysrelaterte effekter ble oppdaget. De viktigste er diffraksjon (avvik fra den rettlinjede forplantningen av lys når en stråle passerer gjennom en sp alte) og interferens (fenomenet Newtons ringer). Med oppdagelsen av disse lysets egenskaper begynte fysikere på 1800-tallet å huske Huygens arbeid.
På det samme 1800-tallet undersøkte Faraday og Lenz egenskapene til vekslende elektriske (magnetiske) felt, ogMaxwell utførte de tilsvarende beregningene. Som et resultat ble det bevist at lys er en elektromagnetisk tverrbølge, som ikke krever eter for sin eksistens, siden feltene som danner det genererer hverandre i prosessen med forplantning.
Nye funn relatert til lys og Max Plancks idé
Det ser ut til at Newtons korpuskulære teori allerede er fullstendig begravet, men på begynnelsen av 1900-tallet dukker det opp nye resultater: det viser seg at lys kan "trekke ut" elektroner fra materien og utøve press på legemer når det faller på dem. Disse fenomenene, som et uforståelig spekter av en svart kropp ble lagt til, viste bølgeteorien seg å være maktesløs å forklare.
Løsningen ble funnet av Max Planck. Han foreslo at lys interagerer med materiens atomer i form av små porsjoner, som han k alte fotoner. Energien til et foton kan bestemmes av formelen:
E=hv.
Hvor v - fotonfrekvens, h - Plancks konstant. Max Planck, takket være denne ideen om lys, la grunnlaget for utviklingen av kvantemekanikk.
Ved å bruke Plancks idé forklarer Albert Einstein fenomenet med den fotoelektriske effekten i 1905, Niels Bohr - i 1912 gir en begrunnelse for atomære emisjons- og absorpsjonsspektre, og Compton - i 1922 oppdager effekten som nå bærer navnet hans. I tillegg forklarte relativitetsteorien utviklet av Einstein tyngdekraftens rolle i avviket fra den lineære forplantningen av en lysstråle.
Dermed gjenopplivet arbeidet til disse forskerne på begynnelsen av 1900-tallet Newtons ideer omlys på 1600-tallet.
Korpuskulær-bølgeteori om lys
Hva er lys? Er det en partikkel eller en bølge? Under forplantningen, enten i et medium eller i luftløst rom, viser lys egenskapene til en bølge. Når dens interaksjoner med materie vurderes, oppfører den seg som en materiell partikkel. Derfor er det for tiden, med hensyn til lys, vanlig å snakke om dualismen til dets egenskaper, som er beskrevet innenfor rammen av korpuskulær-bølgeteorien.
En partikkel av lys - et foton har verken ladning eller masse i hvile. Hovedkarakteristikken er energi (eller frekvens, som er det samme, hvis du legger merke til uttrykket ovenfor). Et foton er et kvantemekanisk objekt, som enhver elementær partikkel (elektron, proton, nøytron), derfor har det et momentum, som om det var en partikkel, men det kan ikke lokaliseres (bestem de nøyaktige koordinatene), som om det var en bølge.
