Hvad er lys? Dette spørgsmål har interesseret menneskeheden i alle aldre, men først i det 20. århundrede af vores æra var det muligt at afklare meget om arten af dette fænomen. Denne artikel vil fokusere på den korpuskulære teori om lys, dets fordele og ulemper.
Fra oldtidens filosoffer til Christian Huygens og Isaac Newton
Nogle beviser, der har overlevet til vores tid, siger, at folk begyndte at interessere sig for lysets natur i det gamle Egypten og det antikke Grækenland. Først troede man, at objekter udsender billeder af sig selv. Sidstnævnte, der kommer ind i det menneskelige øje, skaber indtryk af objekters synlighed.
Så, under dannelsen af filosofisk tankegang i Grækenland, dukkede en ny teori om Aristoteles op, som mente, at hver person udsender nogle stråler fra øjnene, takket være hvilke han kan "føle" objekter.
Middelalderen bragte ikke nogen klarhed over spørgsmålet under overvejelse, nye resultater kom først med renæssancen og revolutionen inden for videnskab. Især i anden halvdel af 1600-tallet opstod to helt modsatte teorier, som søgte atforklare de fænomener, der er forbundet med lys. Vi taler om Christian Huygens' bølgeteori og Isaac Newtons korpuskulære teori.
På trods af nogle succeser med bølgeteorien havde den stadig en række vigtige mangler:
- troede, at lys forplantede sig i æteren, som aldrig blev opdaget af nogen;
- bølgernes tværgående natur betød, at æteren skulle være et fast medium.
Med hensyn til disse mangler, og også i betragtning af Newtons enorme autoritet på det tidspunkt, blev teorien om partikler-korpuskler accepteret enstemmigt i kredsen af videnskabsmænd.
essensen af den korpuskulære teori om lys
Newtons idé er så enkel som muligt: Hvis alle legemer og processer omkring os er beskrevet af den klassiske mekaniks love, hvor legemer med endelig masse deltager, så er lys også små partikler eller blodlegemer. De bevæger sig i rummet med en vis hastighed, hvis de møder en forhindring, reflekteres de fra den. Sidstnævnte forklarer for eksempel eksistensen af en skygge på et objekt. Disse ideer om lys varede indtil begyndelsen af det 19. århundrede, det vil sige omkring 150 år.
Det er interessant at bemærke, at Lomonosov brugte den newtonske korpuskulære teori i midten af det 18. århundrede til at forklare gassers adfærd, som er beskrevet i hans værk "Elements of Mathematical Chemistry". Lomonosov anså gas for at være sammensat af kropspartikler.
Hvad forklarede den newtonske teori?
De skitserede ideer om lys lavetet stort skridt i forståelsen af dens natur. Newtons teori om blodlegemer var i stand til at forklare følgende fænomener:
- Retlineær udbredelse af lys i et homogent medium. Faktisk, hvis ingen ydre kræfter virker på et bevægeligt lyslegeme, er dets tilstand med succes beskrevet af den første Newtonske lov for klassisk mekanik.
- Fænomenet refleksion. Ved at ramme grænsefladen mellem to medier oplever kroppen en absolut elastisk kollision, som et resultat af hvilken dens momentummodul bevares, og den selv reflekteres i en vinkel svarende til indfaldsvinklen.
- Fænomenet brydning. Newton mente, at ved at trænge ind i et tættere medium fra et mindre tæt medium (for eksempel fra luft til vand), accelererer blodlegemet på grund af tiltrækningen af molekylerne i det tætte medium. Denne acceleration fører til en ændring i dens bane tættere på normalen, det vil sige, at der observeres en brydningseffekt.
- Eksistensen af blomster. Teoriens skaber mente, at hver observeret farve svarer til sit eget "farve"-legeme.
Problemer med den angivne teori og vend tilbage til Huygens' idé
De begyndte at dukke op, da nye lysrelaterede effekter blev opdaget. De vigtigste er diffraktion (afvigelse fra lysets retlineære udbredelse, når en stråle passerer gennem en sp alte) og interferens (fænomenet med Newtons ringe). Med opdagelsen af disse lysets egenskaber begyndte fysikere i det 19. århundrede at huske Huygens arbejde.
I det samme 19. århundrede undersøgte Faraday og Lenz egenskaberne ved vekslende elektriske (magnetiske) felter, ogMaxwell udførte de tilsvarende beregninger. Som et resultat blev det bevist, at lys er en elektromagnetisk tværgående bølge, som ikke kræver æter for sin eksistens, eftersom de felter, der danner det, genererer hinanden i udbredelsesprocessen.
Nye opdagelser relateret til lys og Max Plancks idé
Det ser ud til, at Newtons korpuskulære teori allerede er blevet fuldstændig begravet, men i begyndelsen af det 20. århundrede dukker der nye resultater op: det viser sig, at lys kan "trække" elektroner ud af stof og udøve pres på kroppe, når det falder på dem. Disse fænomener, hvortil et uforståeligt spektrum af en sort krop blev tilføjet, viste bølgeteorien sig at være magtesløs at forklare.
Løsningen blev fundet af Max Planck. Han foreslog, at lys interagerer med stoffets atomer i form af små portioner, som han kaldte fotoner. Energien af en foton kan bestemmes ved formlen:
E=hv.
Hvor v - fotonfrekvens, h - Plancks konstant. Max Planck, takket være denne idé om lys, lagde grundlaget for udviklingen af kvantemekanik.
Ved hjælp af Plancks idé forklarer Albert Einstein fænomenet den fotoelektriske effekt i 1905, Niels Bohr - i 1912 giver en begrundelse for atomare emission og absorptionsspektre, og Compton - i 1922 opdager den effekt, der nu bærer hans navn. Derudover forklarede relativitetsteorien udviklet af Einstein tyngdekraftens rolle i afvigelsen fra den lineære udbredelse af en lysstråle.
Således genoplivede arbejdet fra disse videnskabsmænd i det tidlige 20. århundrede Newtons ideer omlys i det 17. århundrede.
Korpuskulær-bølgeteori om lys
Hvad er lys? Er det en partikel eller en bølge? Under dets udbredelse, hvad enten det er i et medium eller i luftløst rum, udviser lys en bølges egenskaber. Når dets interaktioner med stof overvejes, opfører den sig som en materiel partikel. Derfor er det på nuværende tidspunkt, med hensyn til lys, sædvanligt at tale om dualismen af dets egenskaber, som er beskrevet inden for rammerne af korpuskulær-bølgeteorien.
En partikel af lys - en foton har hverken ladning eller masse i hvile. Dens hovedkarakteristik er energi (eller frekvens, hvilket er det samme, hvis du er opmærksom på udtrykket ovenfor). En foton er et kvantemekanisk objekt, ligesom enhver elementær partikel (elektron, proton, neutron), derfor har den et momentum, som om det var en partikel, men det kan ikke lokaliseres (bestem de nøjagtige koordinater), som om det var en bølge.
