როგორ განსაზღვრავენ ფიზიკოსები სინათლეს?
ზოგიერთი ბერძენი ფილოსოფოსი, მაგრამ ასევე გალილეო, სპეკულირებდა სინათლის ბუნებაზე. მაგრამ ეს მხოლოდ ბოლო რამდენიმე საუკუნის განმავლობაში გახდა აშკარა ფიზიკოსებისთვის, ასე რომ დღეს ჩვენ შეგვიძლია განვსაზღვროთ სინათლე.
სინათლე - ისტორიული თავდასხმა
- ბერძენი ფილოსოფოსები უკვე შეშფოთებულნი იყვნენ სინათლით. მაგალითად, პითაგორელები ვარაუდობდნენ, რომ ყველა ხილული ობიექტი გამუდმებით ათავისუფლებდა სინათლის ნაწილაკების ნაკადს. მაგრამ გალილეო ცდილობდა გაერკვია სინათლის ბუნება სიცოცხლის ბოლო წლებში - სამწუხაროდ უშედეგოდ.
- მე -17 საუკუნის ბოლოს მე -20 საუკუნის დასაწყისში ფიზიკოსმა ნიუტონმა ივარაუდა, რომ სინათლე შედგება ნაწილაკებისგან, ეგრეთ წოდებული კორპუსკულებისაგან, ან ტალღებისგან. თუმცა, მან თავდაპირველად გამორიცხა ტალღის თეორია, რადგან ნაწილაკების ჰიპოთეზა უკეთესად შერიგდებოდა იმ დროს მის მექანიკურ მსოფლმხედველობასთან. ასე აიხსნება კორპუსკულარული თეორია ის ფაქტი, რომ სინათლე ვრცელდება სწორხაზოვნად, აისახება და იშლება.
- დაახლოებით ნიუტონთან ერთად, ჰოლანდიელი ბუნებისმეტყველი ჰიუგენსი ასევე დაინტერესებული იყო სინათლის ბუნებით. მისი იდეების თანახმად, სინათლე უნდა გავრცელდეს ტალღების სახით. ეს ტალღები უნდა გადაეცეს უხილავი, უწონადური ნივთიერების, ეთერის საშუალებით, რომელიც არსებობს ყველგან სივრცეში.
- თუმცა, ორივე მოდელმა განსხვავებული განცხადება გააკეთა ნივთიერებებში სინათლის სიჩქარის შესახებ, მაგალითად წყალში. თუმცა, ეს სიჩქარე ასე ზუსტად ვერ იზომებოდა იმ დროს არსებული მოწყობილობებით, რომ განასხვავოს ორი მოდელი "ნაწილაკი" ან "ტალღა".
სინათლე არის ტალღა - ახალგაზრდა ამას ადასტურებს
- თავისი ორმაგი ნაპრალის ექსპერიმენტით, ფიზიკოსმა იანგმა 1802 წელს დაამტკიცა, რომ სინათლე ტალღასავით ვრცელდება.
- ამ ექსპერიმენტში სინათლე ურტყამს (პატარა) ორმაგ ნაპრალს. მის უკან იქმნება გადაფარვები (და არა ჩრდილები), რომელთა ახსნა შესაძლებელია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუკი ადამიანი სინათლეს გაიგებს, როგორც ტალღის პროცესს.
- ამით საბოლოოდ დასრულდა მწარე დავა ნაწილაკების ან ტალღების გავრცელების შესახებ.
- თუმცა, როგორც ტალღის გარეგნობა, ასევე ტალღის სიგრძე იმდენად მცირეა, რომ მათი შეუიარაღებელი თვალით დაკვირვება შეუძლებელია, წყლის ტალღებისგან განსხვავებით. ეს პატარა ზომა საბოლოოდ გახდა მიზეზი იმისა, რომ ტალღური ბუნება ძალიან გვიან იქნა აღიარებული.
ფოტონები და ტალღები - სინათლის მარტივი ახსნა
ფიზიკაში თითქმის არაფერია ისეთი, რაც უფრო საინტერესო და ნაკლებად არის ჩვეულებრივი ადამიანისთვის ...
სინათლე ასევე უნდა იყოს ნაწილაკი
- თუმცა, ნიუტონი ალბათ არ ცდებოდა ნაწილაკების წარმოდგენაში.
- გასული საუკუნის დასაწყისში ფიზიკოსებს უნდა მიეცათ სინათლის ნაწილაკების ხასიათი, რათა აეხსნათ მაგალითად ფოტოეფექტი.
- უკვე მაქს პლანკმა შეძლო ბევრი წინააღმდეგობრივი შედეგის პოვნა, მაგალითად ატომური ფიზიკა, მხოლოდ პოსტულაციით (ანუ ვარაუდით!) ახსენით, რომ სინათლე შედგება ენერგიის პაკეტებისგან. მან ამ კვანტებს უწოდა. ისინი შეიწოვება ან იშლება ატომებთან ურთიერთობისას.
- და 1905 წელს ალბერტ აინშტაინმა გამოაცხადა ფოტოეფექტი იგივე ვარაუდით. მხოლოდ კვანტური თეორიით შეეძლო აჩვენებინა, თუ როგორ ათავისუფლებს მაღალი ენერგიის რადიაცია ლითონისგან ელექტრონებს (ნობელის პრემია 1921 წ.).
როგორ "განსაზღვრავენ" ფიზიკოსები სინათლეს დღეს?
- რა თქმა უნდა, თქვენ არ შეგიძლიათ "განსაზღვროთ" ისეთი ფენომენი, როგორიც არის სინათლე, მაგრამ შეგიძლიათ განავითაროთ მოდელები, რომლებიც აჩვენებენ, თუ როგორ იქცევა სინათლე გარკვეულ სიტუაციებში და ექსპერიმენტებში.
- მაშინაც კი, თუ ეს წინააღმდეგობრივად ჟღერს, დღეს უნდა ვივარაუდოთ, რომ სინათლე არ არის მხოლოდ ტალღის ფენომენი, არამედ აქვს ნაწილაკის ხასიათი, ანუ ხდება ცალკეულ ნაწილებში. მათ უწოდებენ სინათლის კვანტებს ან ფოტონებს.
- ექსპერიმენტი აჩვენებს, რომ ეს საპირისპირო შეხედულება, რომელსაც ტალღურ-ნაწილაკთა დუალიზმსაც უწოდებენ, მართალია შეიძლება შეიქმნას ერთი სინათლის კვანტები, რომლებიც ერთმანეთის მიყოლებით იგზავნება ორმაგი ნაპრალის აპარატის საშუალებით. შემდეგ ხდება ტალღის ფენომენები.
- ორ ფიზიკურად საპირისპირო ფენომენს შორის ნაწილაკი და ტალღა არსებობს ფორმალური "ხიდი", კერძოდ პლანკის მოქმედების კვანტი h, სინათლის სიხშირეს (ან ტალღის სიგრძეს) შორის და ის ენერგია რომელიც შუამავლობს ფოტონებს. გამოიყენება შემდეგი: E = h x f.
- უფრო მეტიც: თუნდაც ტიპიური ნაწილაკებისთვის, როგორიცაა ელექტრონები ან პროტონები, თანამედროვე ფიზიკამ შეძლო აჩვენოს, რომ მათ ასევე აქვთ ტალღების ხასიათი, როდესაც ისინი ვრცელდება. ასე იქმნება მატერიის ტალღები, როდესაც ატომური ზომის ნაწილაკები იგზავნება ორმაგი ნაპრალით.
მაშ, როგორ უნდა განისაზღვროს სინათლე? ტალღა თუ ნაწილაკი, არც ერთი ან ორივე ერთად? თუნდაც თეორიული ფიზიკა შეუძლია მათემატიკურად აღწეროს სინათლის ქცევა და მისი მოვლენები, სინათლე მაინც არის საიდუმლო. ორივე მოდელი გამართლებულია. ფიზიკოსმა რიჩარდ ფეინმანმა ერთხელ უპასუხა ამ კითხვას: "შესაძლოა მესამედ!". სინათლე ემორჩილება კვანტური მექანიკის კანონებს, რომლებიც ნაწილაკებისა და ტალღების ორმაგობას იძლევა.
რამდენად გამოგადგებათ ეს სტატია?
