Как физики определяют свет?

Свет - исторический набег

• Греческие философы уже интересовались светом. Например, пифагорейцы предполагали, что каждый видимый объект постоянно испускает поток световых частиц. Но также Галилей пытался понять природу света в последние годы своей жизни - к сожалению, безуспешно.
• В конце 17-го В начале 20 века физик Ньютон предположил, что свет состоит либо из частиц, так называемых корпускул, либо из волн. Однако первоначально он исключил волновую теорию, поскольку гипотеза частиц могла быть лучше согласована с его механистическим мировоззрением в то время. Так корпускулярная теория могла объяснить тот факт, что свет распространяется по прямой линии, отражается и преломляется.
• Примерно в то же время, что и Ньютон, голландский натуралист Гюйгенс также интересовался природой света. По его представлениям, свет должен распространяться в виде волн. Эти волны должны передаваться через невидимое, невесомое вещество, эфир, который существует повсюду в космосе.
  instagram viewer
• Однако обе модели сделали разные утверждения о скорости света в веществах, например, в воде. Однако эта скорость не могла быть измерена с такой точностью с помощью имеющихся в то время устройств, позволяющих различать две модели «частица» или «волна».

Свет - это волна - Янг это доказывает.

• В своем эксперименте с двойной щелью физик Янг смог доказать в 1802 году, что свет распространяется как волна.


Фотоны и волны - простое объяснение света

В физике нет ничего интереснее и менее для обывателя ...

• В этом эксперименте свет попадает в (маленькую) двойную щель. За ним образуются наложения (а не тени), которые можно объяснить, только если понимать свет как волновой процесс.
• На этом ожесточенные споры о распространении частиц или волн, наконец, прекратились.
• Однако как внешний вид волны, так и длина волны настолько малы, что их нельзя наблюдать невооруженным глазом, в отличие от волн на воде. Этот крошечный размер в конечном итоге стал причиной того, что волновую природу узнали очень поздно.

Свет тоже должен быть частицей

• Однако, вероятно, Ньютон не ошибся в своем представлении о частицах.
• В начале прошлого века физикам приходилось придавать свету характер частиц, например, для объяснения фотоэффекта.
• Макс Планк уже смог найти многие противоречащие друг другу результаты, например, из Атомная физика, только объяснять, постулируя (т.е. предполагая!), что свет состоит из крошечных пакетов энергии. Он назвал эти кванты. Они поглощались или выделялись при взаимодействии с атомами.
• А в 1905 году Альберт Эйнштейн объявил о фотоэффекте с теми же предположениями. Только с помощью квантовой теории он смог показать, как излучение высоких энергий высвобождает электроны из металла (Нобелевская премия 1921 г.).

Как физики «определяют» свет сегодня?

• Конечно, вы не можете «определить» такое явление, как свет, но вы можете разработать модели, показывающие, как свет ведет себя в определенных ситуациях и экспериментах.
• Даже если это звучит противоречиво, сегодня нужно предположить, что свет - это не только волновое явление, но и имеет характер частицы, то есть возникает отдельными частями. Их называют квантами света или фотонами.
• Эксперимент показывает, что эта противоположная точка зрения, которую также называют дуализмом волна-частица, верна. могут генерироваться одиночные кванты света, которые посылаются один за другим через двухщелевой аппарат. Затем возникают волновые явления.
• Между двумя физически противоположными явлениями - частица и волна - существует формальное. «Мост», а именно квант действия Планка h, между частотой (или длиной волны) света и в энергия который опосредует фотоны. Применяется следующее: E = h x f.
• Более того: даже для типичных частиц, таких как электроны или протоны, современная физика смогла показать, что они также имеют характер волн при распространении. Вот как создаются волны материи, когда частицы атомного размера проходят через двойную щель.

Так как же «определить» свет? Волна или частица, ни то, ни другое вместе? Даже если теоретический физика может математически описать поведение света и его явления, свет по-прежнему тайна. Обе модели оправданы. Физик Ричард Фейнман однажды ответил на этот вопрос: «Может, третий!». Свет подчиняется законам квантовой механики, которые допускают двойственность частиц и волн.