Ako fyzici definujú svetlo?

Svetlo - historický vpád

• Grécki filozofi sa už zaujímali o svetlo. Pytagorejci napríklad predpokladali, že každý viditeľný predmet neustále uvoľňuje prúd častíc svetla. Ale aj Galileo sa pokúsil pochopiť povahu svetla v posledných rokoch svojho života - bohužiaľ neúspešne.
• Koncom 17 Na začiatku 20. storočia fyzik Newton predpokladal, že svetlo pozostáva buď z častíc, takzvaných teliesok, alebo z vĺn. Teóriu vĺn spočiatku vylúčil, pretože hypotézu častíc je možné lepšie zosúladiť s jeho vtedajším mechanistickým svetonázorom. Takto by mohla korpuskulárna teória vysvetliť skutočnosť, že svetlo sa šíri po priamke, odráža sa a láme.
• Približne v rovnakom čase ako Newton sa holandský prírodovedec Huygens zaoberal aj povahou svetla. Podľa jeho predstáv by sa svetlo malo šíriť vo forme vĺn. Tieto vlny by sa mali prenášať cez neviditeľnú beztiažovú látku éter, ktorá existuje všade vo vesmíre.
instagram viewer
• Oba modely však urobili rôzne tvrdenia o rýchlosti svetla v látkach, napríklad vo vode. Túto rýchlosť však nebolo možné tak presne zmerať pomocou vtedy dostupných zariadení na rozlíšenie dvoch modelov „častice“ alebo „vlna“.

Svetlo je vlna - Young to dokazuje

• Fyzik Young dokázal svojim experimentom s dvoma štrbinami v roku 1802 dokázať, že svetlo sa šíri ako vlna.


Fotóny a vlny - jednoduché vysvetlenie svetla

Vo fyzike nie je takmer nič, čo by bolo pre laika zaujímavejšie a menej ...

• V tomto experimente svetlo zasiahne (malú) dvojitú štrbinu. Za ním sa vytvárajú prekrytia (a nie tiene), ktoré sa dajú vysvetliť iba vtedy, ak človek chápe svetlo ako vlnový proces.
• S týmto sa zdalo, že trpká polemika o šírení častíc alebo vĺn je konečne u konca.
• Vlnový vzhľad aj vlnové dĺžky sú však také malé, že ich na rozdiel od vodných vĺn nemožno pozorovať voľným okom. Táto malá veľkosť bola nakoniec dôvodom, prečo bola vlnová povaha rozpoznaná veľmi neskoro.

Svetlo musí byť tiež časticou

• Newton sa však so svojou predstavou častíc zrejme nemýlil.
• Na začiatku minulého storočia museli fyzici dať svetlu časticový charakter, aby mohli napríklad vysvetliť fotoefekt.
• Max Planck už dokázal nájsť mnoho protichodných výsledkov, napríklad z Atómová fyzika, vysvetlite to iba postuláciou (t.j. za predpokladu!), že svetlo pozostáva z malých balíčkov energie. Nazval ich kvanta. Pri interakcii s atómami boli absorbované alebo uvoľnené.
• A v roku 1905 Albert Einstein vyhlásil fotografický efekt s rovnakými predpokladmi. Iba s kvantovou teóriou mohol ukázať, ako žiarenie s vysokou energiou uvoľňuje elektróny z kovu (Nobelova cena 1921).

Ako fyzici dnes „definujú“ svetlo?

• Fenomén ako svetlo samozrejme nemôžete „definovať“, ale môžete vyvinúť modely, ktoré ukazujú, ako sa svetlo správa v určitých situáciách a experimentoch.
• Aj keď to znie rozporuplne, dnes musíme predpokladať, že svetlo nie je len vlnový jav, ale má aj charakter častice, tj. Vyskytuje sa v jednotlivých častiach. Hovorí sa im svetelné kvanty alebo fotóny.
• Experiment ukazuje, že platí tento opačný pohľad, známy tiež ako dualizmus vlnových častíc je možné generovať jedno kvantové svetlo, ktoré je odosielané jeden za druhým pomocou zariadenia s dvoma štrbinami. Potom dochádza k vlnovým javom.
• Medzi dvoma fyzicky protichodnými časticami časticou a vlnou je formálna „Most“, konkrétne Planckovo kvantum akcie h, ktoré je medzi frekvenciou (alebo vlnovou dĺžkou) svetla a the energie ktorá sprostredkováva fotóny. Platí: E = h x f.
• Ešte viac: Dokonca aj pre typické častice, ako sú elektróny alebo protóny, moderná fyzika dokázala, že tieto majú pri šírení aj charakter vĺn. Takto sa vytvárajú vlny hmoty, keď sú častice atómovej veľkosti poslané dvojitou štrbinou.

Ako teda má byť svetlo „definované“? Vlna alebo častica, ani jedna, ani obe dohromady? Aj keď teoretické fyzika dokáže matematicky popísať správanie sa svetla a jeho javy, svetlo je stále a tajomstvo. Oba modely sú opodstatnené. Fyzik Richard Feynman kedysi odpovedal na túto otázku: „Možno tretia!“. Svetlo sa riadi zákonmi kvantovej mechaniky, ktoré umožňujú dualitu častíc a vĺn.