Kā fiziķi definē gaismu?

Gaisma - vēsturisks uzbrukums

• Grieķu filozofi jau bija nobažījušies par gaismu. Piemēram, pitagorieši pieņēma, ka katrs redzamais objekts nepārtraukti izdala gaismas daļiņu plūsmu. Bet arī Galilejs pēdējos dzīves gados centās izprast gaismas būtību - diemžēl bez panākumiem.
• Beigās 17 20. gadsimta sākumā fiziķis Ņūtons pieņēma, ka gaisma sastāv vai nu no daļiņām, tā sauktajām asinsķermenīšiem, vai no viļņiem. Tomēr viņš sākotnēji izslēdza viļņu teoriju, jo daļiņu hipotēzi varētu labāk saskaņot ar viņa tā laika mehānistisko pasaules uzskatu. Šādi korpuskulārā teorija varētu izskaidrot faktu, ka gaisma izplatās taisnā līnijā, tiek atspoguļota un lauzta.
• Aptuveni tajā pašā laikā kā Ņūtons arī holandiešu dabaszinātnieks Hjūgens rūpējās par gaismas dabu. Saskaņā ar viņa idejām gaismai vajadzētu izplatīties viļņu veidā. Šie viļņi jāpārraida caur neredzamu, bezsvara vielu - ēteri, kas pastāv visur kosmosā.
  instagram viewer
• Tomēr abi modeļi izteica dažādus apgalvojumus par gaismas ātrumu vielās, piemēram, ūdenī. Tomēr šo ātrumu nevarēja tik precīzi izmērīt ar tajā laikā pieejamajām ierīcēm, lai atšķirtu abus modeļus "daļiņa" vai "vilnis".

Gaisma ir vilnis - Young to pierāda

• Ar savu dubultā spraugas eksperimentu fiziķis Jangs 1802. gadā spēja pierādīt, ka gaisma izplatās kā vilnis.


Fotoni un viļņi - vienkāršs gaismas skaidrojums

Fizikā diez vai ir kas interesantāks un nespeciālistam mazāk ...

• Šajā eksperimentā gaisma skar (mazu) dubulto spraugu. Aiz tā veidojas pārklājumi (nevis ēnas), ko var izskaidrot tikai tad, ja saprot gaismu kā viļņu procesu.
• Līdz ar to beidzot šķita, ka rūgtie strīdi par daļiņu vai viļņu izplatīšanos ir beigušies.
• Tomēr gan viļņu izskats, gan viļņu garumi ir tik mazi, ka atšķirībā no ūdens viļņiem tos nevar redzēt ar neapbruņotu aci. Šis mazais izmērs galu galā bija iemesls, kāpēc viļņu daba tika atzīta ļoti vēlu.

Gaismai arī jābūt daļiņai

• Tomēr Ņūtons, iespējams, nekļūdījās ar savu priekšstatu par daļiņām.
• Pagājušā gadsimta sākumā fiziķiem bija jāpiešķir gaismai daļiņu raksturs, lai, piemēram, izskaidrotu foto efektu.
• Jau Makss Planks spēja atrast daudzus pretrunīgus rezultātus, piemēram, no Atomu fizika, tikai paskaidrojiet, postulējot (t.i., pieņemot!), ka gaisma sastāv no sīkām enerģijas paketēm. Viņš nosauca šīs kvantas. Tie tika absorbēti vai izdalīti, mijiedarbojoties ar atomiem.
• Un 1905. gadā Alberts Einšteins paziņoja par foto efektu ar tādiem pašiem pieņēmumiem. Tikai ar kvantu teoriju viņš varēja parādīt, kā augstas enerģijas starojums atbrīvo elektronus no metāla (Nobela prēmija 1921).

Kā fiziķi šodien "definē" gaismu?

• Protams, jūs nevarat "definēt" tādu parādību kā gaisma, bet jūs varat izstrādāt modeļus, kas parāda, kā gaisma uzvedas noteiktās situācijās un eksperimentos.
• Pat ja tas izklausās pretrunīgi, šodien jāpieņem, ka gaisma ir ne tikai viļņu parādība, bet tai ir arī daļiņas raksturs, t.i., tā notiek atsevišķās daļās. Tos sauc par gaismas kvantiem vai fotoniem.
• Eksperiments parāda, ka šis pretējais viedoklis, ko sauc arī par viļņu daļiņu duālismu, ir patiess var tikt ģenerēti atsevišķi gaismas kvanti, kas tiek nosūtīti viens pēc otra, izmantojot dubultās spraugas aparātu. Pēc tam notiek viļņu parādības.
• Starp divām fiziski pretējām parādībām daļiņu un vilni ir formāla "Tilts", proti, Planka darbības kvants h, starp gaismas frekvenci (vai viļņa garumu) un un enerģiju kas ir fotonu starpnieks. Attiecas uz sekojošo: E = h x f.
• Pat vairāk: pat tipiskām daļiņām, piemēram, elektroniem vai protoniem, mūsdienu fizika ir spējusi parādīt, ka tām ir arī viļņu raksturs, kad tās izplatās. Šādi rodas matērijas viļņi, kad atomu izmēra daļiņas tiek nosūtītas caur dubultu spraugu.

Tātad, kā ir "definēt" gaismu? Vilnis vai daļiņa, neviens vai abi kopā? Pat ja teorētiski fizika var matemātiski aprakstīt gaismas uzvedību un tās parādības, gaisma joprojām ir a noslēpums. Abi modeļi ir pamatoti. Fiziķis Ričards Feinmans reiz atbildēja uz šo jautājumu: "Varbūt trešais!". Gaisma pakļaujas kvantu mehānikas likumiem, kas pieļauj daļiņu un viļņu dualitāti.