СВЕТ, ЕГО ПРИРОДА И СВОЙСТВА

История появления теорий световых явлений. Природа света

Световые явления были известны людям издревле. Еще в 300 году до н. э. Евклид написал труд «Оптика», в котором изложил принцип прямолинейности распространения лучей света, основной закон отражения света. Это дало толчок формированию раздела оптики — геометрической оптики. Поэтому вплоть до конца XVII в. оптика в целом развивалась исключительно как учение о законах отражения и преломления лучей света, накапливая новые сведения о световых явлениях. В то время древние мыслители не задавались вопросом о природе света, воспринимая свет как особое цельное явление.

К концу XVII в. как научная дисциплина оформилась физическая оптика и почти одновременно появились две противоположные по содержанию теории, объясняющие природу оптических явлений. Каждая теория имела своих приверженцев, борьба между которыми продолжалась более 100 лет.

Автором первой — волновой теории (1690) признается физик X. Гюйгенс (1629—1695, Нидерланды), считавший причиной света волнообразные колебания особого вещества, заполняющего все межзвездное пространство. Само вещество было названо мировым эфиром.

В 1704 г. физиком И. Ньютоном (1643—1727, Англия) была предложена корпускулярная теория света, согласно которой все светящиеся тела испускали мельчайшие частицы — корпускулы[1].

Как волновая, так и корпускулярная теории света имели существенные недостатки, поскольку не являлись универсальными — объясняя одни световые явления, не могли объяснить другие. Например, волновая теория не могла объяснить передачу волны веществом со скоростью 300 000 км/с. Ни одно известное вещество не способно передавать волны с такой скоростью. Корпускулярная теория пасовала перед объяснениями явления интерференции света, открытого в начале XIX в. Т. Юнгом (1773—1829, Англия) и О. Френелем (1788—1827, Франция), явления снижения скорости света в более плотной среде по сравнению со скоростью света в воздухе, доказанного опытами Л. Фуко (1819— 1868, Франция).

Нужна была новая, общая теория света, надежно описывающая все процессы, происходящие при распространении света, при взаимодействии света с веществом.

В 1867 г. Дж. К. Максвелл (1831—1879, Англия) выдвинул гипотезу о том, что свет представляет собой колебания электрического поля, сопровождающиеся колебаниями магнитного поля, т.е. представляет одну из разновидностей электромагнитных волн. Это вытекает из его знаменитых уравнений.

Одним из следствий уравнений Максвелла является то, что электромагнитная волна распространяется со скоростью, определяемой соотношением

где с — скорость распространения электромагнитной волны в веществе; сь — скорость распространения электромагнитной волны в вакууме; е — диэлектрическая постоянная вещества; р, — магнитная проницаемость вещества.

В 1887 г. Г. Герц (1857—1894, Германия) практическими опытами подтвердил гипотезу Максвелла. Таким образом, работы Максвелла и Герца доказали электромагнитный характер оптических явлений, а открытие в 1925 г. Л. де Бройлем[2] (1892—1987, Франция) волновых свойств у частиц вещества позволило разрешить противоречия в природе оптических явлений, объясняя их противоречивым характером самих сгустков энергии, называемых фотонами, проявляющими и волновые, и корпускулярные свойства.

Несмотря на двуединый характер свойств носителя света — фотона, корпускулярная и волновая теории не утратили значения до настоящего времени.

Корпускулярная теория света положена в основу геометрической оптики, рассматривающей законы распространения света без учета его природы либо допускающей, что свет — это направленное движение частиц — корпускул. В геометрической оптике изучаются законы отражения и преломления света, устройство и принцип действия линзы, оптической системы, возникновение геометрических искажений в изображении, полученном с помощью линз и оптических систем.

Волновая теория света положена в основу изучения таких явлений, как интерференция, дифракция, поляризация, дисперсия света.

Важнейшим понятием оптических явлений, в первую очередь, геометрической оптики, служит световой (оптический) луч — геометрическая линия, вдоль которой распространяется поток фотонов или электромагнитное излучение.

  • [1] От лат. corpusculum — тельце.
  • [2] Настоящее имя Луи Виктор Пьер Раймон Брольи.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >