Jak fizycy definiują światło?

Światło – historyczna wyprawa

• Greccy filozofowie byli już zaniepokojeni światłem. Na przykład Pitagorejczycy założyli, że każdy widoczny obiekt nieustannie uwalnia strumień cząstek światła. Ale także Galileusz w ostatnich latach swojego życia próbował zgłębić naturę światła - niestety bez powodzenia.
• Pod koniec XVII Na początku XX wieku fizyk Newton założył, że światło składa się albo z cząstek, tak zwanych korpuskuł, albo z fal. Jednak początkowo wykluczył teorię falową, ponieważ hipotezę cząstek można było lepiej pogodzić z jego mechanistycznym światopoglądem w tamtym czasie. W ten sposób teoria korpuskularna mogłaby wyjaśnić fakt, że światło rozchodzi się w linii prostej, jest odbijane i załamywane.
• Mniej więcej w tym samym czasie co Newton holenderski przyrodnik Huygens również zajmował się naturą światła. Zgodnie z jego pomysłami światło powinno rozchodzić się w formie fal. Fale te powinny być przenoszone przez niewidzialną, nieważką substancję, eter, który istnieje wszędzie w przestrzeni.
  instagram viewer
• Jednak oba modele podały różne stwierdzenia dotyczące prędkości światła w substancjach, na przykład w wodzie. Jednak tej prędkości nie można było zmierzyć tak dokładnie za pomocą dostępnych wówczas urządzeń, aby rozróżnić te dwa modele „cząstek” lub „fal”.

Światło to fala - Young to udowadnia

• Dzięki eksperymentowi z podwójną szczeliną fizyk Young był w stanie udowodnić w 1802 roku, że światło rozprzestrzenia się jak fala.


Fotony i fale - proste wyjaśnienie światła

W fizyce nie ma prawie nic ciekawszego i mniej dla laika…

• W tym eksperymencie światło pada na (małą) podwójną szczelinę. Za nim tworzą się nakładki (a nie cienie), co można wytłumaczyć tylko wtedy, gdy rozumiemy światło jako proces falowy.
• Wraz z tym gorzki kontrowersje dotyczące propagacji cząstek lub fal w końcu wydawały się zakończone.
• Jednak zarówno wygląd, jak i długości fal są tak małe, że nie można ich zaobserwować gołym okiem, w przeciwieństwie do fal wodnych. Ten niewielki rozmiar był ostatecznie powodem, dla którego bardzo późno dostrzeżono falową naturę.

Światło też musi być cząsteczką

• Jednak Newton prawdopodobnie nie mylił się ze swoim pomysłem na cząstki.
• Na początku ubiegłego wieku fizycy musieli nadać światłu charakter cząsteczkowy, aby na przykład wyjaśnić efekt fotograficzny.
• Już Max Planck był w stanie znaleźć wiele sprzecznych wyników, na przykład z Fizyka atomowa, wyjaśnij tylko postulując (tj. zakładając!), że światło składa się z maleńkich pakietów energii. Nazwał te kwanty. Były wchłaniane lub wydzielane podczas interakcji z atomami.
• A w 1905 Albert Einstein zadeklarował efekt fotograficzny z tymi samymi założeniami. Tylko dzięki teorii kwantowej mógł pokazać, jak promieniowanie o wysokiej energii uwalnia elektrony z metalu (Nagroda Nobla 1921).

Jak fizycy „definiują” dziś światło?

• Oczywiście nie można "zdefiniować" zjawiska takiego jak światło, ale można opracować modele, które pokazują, jak zachowuje się światło w określonych sytuacjach i eksperymentach.
• Nawet jeśli brzmi to sprzecznie, trzeba dziś założyć, że światło jest nie tylko zjawiskiem falowym, ale ma też charakter cząstki, czyli występuje w pojedynczych porcjach. Są to tak zwane kwanty światła lub fotony.
• Eksperyment pokazuje, że ten przeciwny pogląd, zwany również dualizmem falowo-cząsteczkowym, jest prawdziwy można wygenerować pojedyncze kwanty światła, które są przesyłane jeden po drugim przez aparat z podwójną szczeliną. Zachodzą wtedy zjawiska falowe.
• Pomiędzy dwoma fizycznie przeciwstawnymi zjawiskami, cząstką i falą, znajduje się zjawisko formalne „Most”, czyli kwant działania Plancka h, między częstotliwością (lub długością fali) światła a ten energia który pośredniczy w fotonach. Obowiązuje zasada: E = h x f.
• Co więcej: nawet w przypadku typowych cząstek, takich jak elektrony czy protony, współczesna fizyka jest w stanie wykazać, że one również mają charakter fal, gdy się rozchodzą. W ten sposób powstają fale materii, gdy cząstki o rozmiarach atomowych są przesyłane przez podwójną szczelinę.

Jak więc „zdefiniować” światło? Fala czy cząstka, ani jedno, ani oba razem? Nawet jeśli teoretyczny fizyka potrafi matematycznie opisać zachowanie światła i jego zjawiska, światło nadal jest zagadka. Oba modele są uzasadnione. Na to pytanie odpowiedział kiedyś fizyk Richard Feynman: „Może trzeci!”. Światło podlega prawom mechaniki kwantowej, która pozwala na dwoistość cząstek i fal.