Hogyan határozzák meg a fizikusok a fényt?

Fény - történelmi előrelépés

• A görög filozófusokat már aggasztotta a fény. Például a pitagoraiak azt feltételezték, hogy minden látható tárgy folyamatosan fényrészecskéket bocsát ki. De Galilei is megpróbálta felfogni a fény természetét élete utolsó éveiben - sajnos sikertelenül.
• 17 végén A 20. század elején Newton fizikus azt feltételezte, hogy a fény vagy részecskékből, úgynevezett testekből vagy hullámokból áll. Kezdetben azonban kizárta a hullámelméletet, mivel a részecskehipotézist jobban össze lehetett egyeztetni akkori mechanista világképével. A korpuszkuláris elmélet így tudná megmagyarázni azt a tényt, hogy a fény egyenes vonalban terjed, tükröződik és megtörik.
• Körülbelül Newtonnal egy időben Huygens holland természettudós is foglalkozott a fény természetével. Elképzelései szerint a fénynek hullámok formájában kell terjednie. Ezeket a hullámokat egy láthatatlan, súlytalan anyagon, az éteren keresztül kell továbbítani, amely az űrben mindenhol létezik.
  instagram viewer
• Mindkét modell azonban eltérő kijelentéseket tett az anyagok fénysebességéről, például vízben. Ezt a sebességet azonban nem lehetett olyan pontosan mérni az akkor rendelkezésre álló eszközökkel, hogy meg lehessen különböztetni a két modellt "részecske" vagy "hullám".

A fény hullám - Young bizonyítja

• Dupla réses kísérletével Young fizikus 1802 -ben be tudta bizonyítani, hogy a fény hullámszerűen terjed.


Fotonok és hullámok - a fény egyszerű magyarázata

A fizikában alig van valami, ami érdekesebb és kevésbé laikus számára ...

• Ebben a kísérletben a fény eléri a (kicsi) kettős rést. Mögötte átfedések (és nem árnyékok) képződnek, amelyek csak akkor magyarázhatók, ha valaki a fényt hullámfolyamatként értelmezi.
• Ezzel a részecskék vagy hullámok terjedésével kapcsolatos keserű vita végül véget ért.
• Azonban mind a hullám megjelenése, mind a hullámhossz olyan kicsi, hogy szabad szemmel nem figyelhetők meg, ellentétben a vízhullámokkal. Ez az apró méret volt az oka annak, hogy a hullám természetét későn ismerték fel.

A fénynek is részecskének kell lennie

• Newton azonban valószínűleg nem tévedett a részecskékről alkotott elképzelésében.
• A múlt század elején a fizikusoknak részecske karaktert kellett adniuk a fénynek, hogy például megmagyarázzák a fotóeffektust.
• Max Planck már sok ellentmondó eredményt talált, például a Atomfizika, csak posztulációval magyarázza (azaz feltételezve!), hogy a fény apró energiacsomagokból áll. Ő nevezte ezeket a kvantumokat. Az atomokkal való kölcsönhatás során felszívódtak vagy leadták őket.
• És 1905 -ben Albert Einstein ugyanazzal a feltételezéssel nyilvánította ki a fotóeffektust. Csak a kvantumelmélettel tudta megmutatni, hogy a nagy energiájú sugárzás miként szabadít fel elektronokat egy fémből (Nobel-díj 1921).

Hogyan határozzák meg a fizikusok ma a fényt?

• Természetesen nem lehet "definiálni" egy olyan jelenséget, mint a fény, de olyan modelleket fejleszthet ki, amelyek megmutatják, hogyan viselkedik a fény bizonyos helyzetekben és kísérletekben.
• Még akkor is, ha ez ellentmondásosan hangzik, ma azt kell feltételeznünk, hogy a fény nemcsak hullámjelenség, hanem részecske jellege is van, azaz egyes részekben fordul elő. Ezeket fénykvantumoknak vagy fotonoknak nevezik.
• Egy kísérlet azt mutatja, hogy ez az ellentétes nézet, más néven hullám-részecske dualizmus, érvényes egyetlen fénykvantum generálható, amelyeket egymás után küldünk egy kettős résű berendezésen keresztül. Ekkor jelentkeznek a hullámjelenségek.
• A két fizikailag ellentétes jelenség között a részecske és a hullám egy formális "Híd", nevezetesen Planck h hatáskvantuma, amely a fény frekvenciája (vagy hullámhossza) és az energia amely fotonokat közvetít. Az alábbiak érvényesek: E = h x f.
• Még több: Még a tipikus részecskék, például elektronok vagy protonok esetében is a modern fizika képes volt kimutatni, hogy ezeknek hullám jellege is van, amikor terjednek. Így keletkeznek anyaghullámok, amikor atomméretű részecskéket küldnek kettős résen keresztül.

Tehát hogyan lehet "meghatározni" a fényt? Hullám vagy részecske, egyik sem a kettő együtt? Még akkor is, ha az elméleti fizika képes matematikailag leírni a fény viselkedését és jelenségeit, a fény még mindig a rejtély. Mindkét modell indokolt. Richard Feynman fizikus egyszer válaszolt erre a kérdésre: "Talán egy harmadik!". A fény engedelmeskedik a kvantummechanika törvényeinek, amelyek lehetővé teszik a részecskék és a hullámok kettősségét.