Как физиците определят светлината?

Светлина - исторически набег

• Гръцките философи вече бяха загрижени за светлината. Например, питагорейците приеха, че всеки видим обект постоянно освобождава поток от светлинни частици. Но също така Галилей се опита да проумее природата на светлината през последните години от живота си - за съжаление без успех.
• В края на 17 -ти В началото на 20 век физикът Нютон приема, че светлината се състои или от частици, така наречените корпускули, или от вълни. Той обаче първоначално изключва теорията на вълните, тъй като хипотезата за частиците може да бъде по -добре съгласувана с механистичния му мироглед по онова време. Ето как корпускуларната теория би могла да обясни факта, че светлината се разпространява по права линия, се отразява и пречупва.
• Приблизително по същото време като Нютон, холандският натуралист Хюйгенс също се занимава с природата на светлината. Според неговите идеи светлината трябва да се разпространява под формата на вълни. Тези вълни трябва да се предават чрез невидимо, безтегловно вещество, етер, който съществува навсякъде в космоса.
  instagram viewer
• И двата модела обаче направиха различни изявления за скоростта на светлината в вещества, например във вода. Тази скорост обаче не може да бъде измерена толкова точно с наличните по това време устройства, за да се направи разлика между двата модела „частица“ или „вълна“.

Светлината е вълна - Йънг го доказва

• Със своя експеримент с двойна цепка физикът Йънг успя да докаже през 1802 г., че светлината се разпространява като вълна.


Фотони и вълни - просто обяснение на светлината

Във физиката едва ли има нещо по -интересно и по -малко за миряните ...

• В този експеримент светлината удря (малка) двойна цепка. Зад него се образуват наслагвания (а не сенки), които могат да бъдат обяснени само ако човек разбира светлината като вълнов процес.
• С това ожесточеният спор относно разпространението на частици или вълни най -накрая приключи.
• Въпреки това, както появата на вълната, така и дължините на вълните са толкова малки, че не могат да се наблюдават с просто око, за разлика от водните вълни. Този малък размер в крайна сметка беше причината вълновата природа да бъде разпозната много късно.

Светлината също трябва да бъде частица

• Нютон обаче вероятно не греши с представата си за частици.
• В началото на миналия век физиците трябваше да придадат на светлината характер на частици, за да обяснят например фотоефекта.
• Вече Макс Планк успя да намери много от противоречивите резултати, например от Атомна физика, само обяснете, като постулирате (т.е. приемайки!), че светлината се състои от малки енергийни пакети. Той нарече тези кванти. Те са били абсорбирани или отделяни при взаимодействие с атоми.
• И през 1905 г. Алберт Айнщайн обявява фотоефекта със същите предположения. Само с квантова теория той можеше да покаже как високоенергийното излъчване освобождава електрони от метал (Нобелова награда 1921).

Как физиците „определят“ светлината днес?

• Разбира се, не можете да "дефинирате" явление като светлината, но можете да разработите модели, които показват как светлината се държи в определени ситуации и експерименти.
• Дори ако това звучи противоречиво, днес трябва да се предположи, че светлината е не само вълново явление, но също така има характера на частица, тоест се среща на отделни части. Те се наричат ​​светлинни кванти или фотони.
• Експеримент показва, че това противоположно мнение, което също се нарича дуализъм на вълновите частици, е вярно могат да се генерират единични светлинни кванти, които се изпращат един след друг чрез апарат с двойна цепка. Тогава възникват вълновите явления.
• Между двата физически противоположни явления частица и вълна има формално "Мост", а именно квантът на действие на Планк h, между честотата (или дължината на вълната) на светлината и на енергия който медиира фотони. Прилага се следното: E = h x f.
• Още повече: Дори за типични частици като електрони или протони, съвременната физика е в състояние да покаже, че те също имат характер на вълни, когато се разпространяват. Ето как се създават материални вълни, когато частици с атомен размер се изпращат през двоен процеп.

И така, как трябва да се "дефинира" светлината? Вълна или частица, нито едното, нито другото заедно? Дори и теоретичните физика може математически да опише поведението на светлината и нейните явления, светлината все още е a мистерия. И двата модела са оправдани. Физикът Ричард Фейнман веднъж отговори на този въпрос: "Може би трети!". Светлината се подчинява на законите на квантовата механика, които позволяват двойственост на частици и вълни.