Kaip fizikai apibrėžia šviesą?

Šviesa - istorinis iššūkis

• Graikų filosofai jau buvo susirūpinę šviesa. Pavyzdžiui, pitagoriečiai manė, kad kiekvienas matomas objektas nuolat išskiria šviesos dalelių srautą. Tačiau ir Galilėjus paskutiniais gyvenimo metais bandė suvokti šviesos prigimtį - deja, nesėkmingai.
• Pabaigoje 17 d XX amžiaus pradžioje fizikas Niutonas padarė prielaidą, kad šviesa susideda iš dalelių, vadinamųjų kraujo kūnelių arba bangų. Tačiau iš pradžių jis atmetė bangų teoriją, nes dalelių hipotezę būtų galima geriau suderinti su jo tuometine mechanistine pasaulėžiūra. Taip korpuskulinė teorija galėtų paaiškinti faktą, kad šviesa sklinda tiesia linija, atsispindi ir lūžta.
• Maždaug tuo pačiu metu kaip Niutonas, olandų gamtininkas Huygensas taip pat rūpinosi šviesos prigimtimi. Pagal jo idėjas šviesa turėtų sklisti bangų pavidalu. Šios bangos turėtų būti perduodamos per nematomą, nesvarią medžiagą - eterį, kuris egzistuoja visur erdvėje.
  instagram viewer
• Tačiau abu modeliai pateikė skirtingus teiginius apie šviesos greitį medžiagose, pavyzdžiui, vandenyje. Tačiau šio greičio nebuvo galima taip tiksliai išmatuoti tuo metu turimais prietaisais, kad būtų galima atskirti du modelius „dalelė“ arba „banga“.

Šviesa yra banga - Young tai įrodo

• Su savo dvigubo plyšio eksperimentu fizikas Youngas sugebėjo 1802 metais įrodyti, kad šviesa plinta kaip banga.


Fotonai ir bangos - paprastas šviesos paaiškinimas

Fizikoje vargu ar yra kas įdomesnio ir menkesnio pasauliečiui ...

• Šiame eksperimente šviesa patenka į (mažą) dvigubą plyšį. Už jo susidaro perdangos (o ne šešėliai), kurias galima paaiškinti tik tada, jei šviesą suprantame kaip bangos procesą.
• Dėl šios priežasties kartūs ginčai dėl dalelių ar bangų sklidimo pagaliau atrodė baigti.
• Tačiau tiek bangų išvaizda, tiek bangos ilgiai yra tokie maži, kad jų negalima stebėti plika akimi, skirtingai nei vandens bangos. Šis mažas dydis galiausiai buvo priežastis, kodėl bangos pobūdis buvo pripažintas labai vėlai.

Šviesa taip pat turi būti dalelė

• Tačiau Niutonas tikriausiai neklydo su savo dalelių idėja.
• Praėjusio amžiaus pradžioje fizikai, norėdami paaiškinti, pavyzdžiui, foto efektą, šviesai turėjo suteikti dalelių charakterį.
• Jau Maxas Planckas sugebėjo rasti daug prieštaringų rezultatų, pavyzdžiui, iš Atominė fizika, tik paaiškinkite teigdami (t. y. darant prielaidą!), kad šviesa susideda iš mažų energijos paketų. Jis pavadino šiuos kvantus. Sąveikaudami su atomais jie buvo absorbuojami arba atiduodami.
• 1905 m. Albertas Einšteinas paskelbė foto efektą su tomis pačiomis prielaidomis. Tik su kvantine teorija jis galėjo parodyti, kaip didelės energijos spinduliuotė iš metalo išskiria elektronus (Nobelio premija 1921 m.).

Kaip fizikai šiandien „apibrėžia“ šviesą?

• Žinoma, jūs negalite „apibrėžti“ tokio reiškinio kaip šviesa, tačiau galite sukurti modelius, kurie parodytų, kaip šviesa elgiasi tam tikrose situacijose ir eksperimentuose.
• Net jei tai skamba prieštaringai, šiandien reikia manyti, kad šviesa yra ne tik bangų reiškinys, bet ir dalelės, t. Y. Pasitaiko atskiromis dalimis. Jie vadinami šviesos kvantomis arba fotonais.
• Eksperimentas rodo, kad šis priešingas požiūris, dar vadinamas bangų dalelių dualizmu, galioja galima generuoti pavienius šviesos kvantus, kurie vienas po kito siunčiami per dvigubo plyšio aparatą. Tada atsiranda bangų reiškiniai.
• Tarp dviejų fiziškai priešingų reiškinių dalelės ir bangos yra formalusis „Tiltas“, būtent Planko veiksmo kvantas h, kuris yra tarp šviesos dažnio (arba bangos ilgio) ir į energijos kuris tarpininkauja fotonams. Taikoma: E = h x f.
• Dar daugiau: net ir būdingoms dalelėms, tokioms kaip elektronai ar protonai, šiuolaikinė fizika sugebėjo parodyti, kad jos taip pat turi bangų pobūdį, kai jos sklinda. Taip susidaro materijos bangos, kai atominio dydžio dalelės siunčiamos per dvigubą plyšį.

Taigi kaip „apibrėžti“ šviesą? Banga ar dalelė, nei vienas, nei abu kartu? Net jei teorinė fizika gali matematiškai apibūdinti šviesos elgesį ir jos reiškinius, šviesa vis tiek yra a paslaptis. Abu modeliai yra pagrįsti. Fizikas Richardas Feynmanas kartą atsakė į šį klausimą: „Galbūt trečias!“. Šviesa paklūsta kvantinės mechanikos dėsniams, kurie leidžia dalelių ir bangų dvilypumą.