Ի՞նչ է լույսը: Այս հարցը հետաքրքրել է մարդկությանը բոլոր դարաշրջաններում, սակայն միայն մեր դարաշրջանի 20-րդ դարում է հնարավոր եղել շատ բան պարզաբանել այս երևույթի բնույթի մասին: Այս հոդվածը կկենտրոնանա լույսի կորպուսուլյար տեսության, դրա առավելությունների և թերությունների վրա:
Հին փիլիսոփաներից մինչև Քրիստիան Հյուգենս և Իսահակ Նյուտոն
Մինչ մեր ժամանակները պահպանված որոշ ապացույցներ ասում են, որ մարդիկ սկսել են հետաքրքրվել լույսի բնույթով Հին Եգիպտոսում և Հին Հունաստանում: Սկզբում ենթադրվում էր, որ առարկաները իրենց պատկերներն են արձակում: Վերջիններս, մտնելով մարդու աչքի մեջ, ստեղծում են առարկաների տեսանելիության տպավորություն։
Այնուհետև Հունաստանում փիլիսոփայական մտքի ձևավորման ժամանակ հայտնվեց Արիստոտելի նոր տեսությունը, որը կարծում էր, որ յուրաքանչյուր մարդ աչքերից արձակում է որոշ ճառագայթներ, որոնց շնորհիվ կարող է «զգալ» առարկաները։
Միջնադարը ոչ մի պարզություն չբերեց քննարկվող հարցին, նոր ձեռքբերումներ եղան միայն Վերածննդի և գիտության մեջ հեղափոխության հետ։ Մասնավորապես, 17-րդ դարի երկրորդ կեսին ի հայտ եկան երկու բոլորովին հակադիր տեսություններ, որոնք ձգտում էին.բացատրել լույսի հետ կապված երևույթները. Խոսքը Քրիստիան Հյուգենսի ալիքային տեսության և Իսահակ Նյուտոնի կորպուսուլյար տեսության մասին է։
Չնայած ալիքային տեսության որոշ հաջողություններին, այն դեռևս ուներ մի շարք կարևոր թերություններ.
- հավատացել է, որ լույսը տարածվում է եթերի մեջ, որը երբեք ոչ ոք չի հայտնաբերել;
- ալիքների լայնակի բնույթը նշանակում էր, որ եթերը պետք է լինի ամուր միջավայր:
Հաշվի առնելով այս թերությունները, ինչպես նաև հաշվի առնելով այն ժամանակվա Նյուտոնի հսկայական հեղինակությունը՝ մասնիկներ-մարմինների տեսությունը միաձայն ընդունվեց գիտնականների շրջանում։
Լույսի կորպուսուլյար տեսության էությունը
Նյուտոնի գաղափարը հնարավորինս պարզ է. եթե մեզ շրջապատող բոլոր մարմիններն ու գործընթացները նկարագրված են դասական մեխանիկայի օրենքներով, որոնցում մասնակցում են վերջավոր զանգվածի մարմինները, ապա լույսը նույնպես փոքր մասնիկներ կամ դիակներ է: Նրանք տարածության մեջ շարժվում են որոշակի արագությամբ, եթե հանդիպում են խոչընդոտի, արտացոլվում են դրանից։ Վերջինս, օրինակ, բացատրում է օբյեկտի վրա ստվերի առկայությունը։ Լույսի մասին այս պատկերացումները գոյատևեցին մինչև 19-րդ դարի սկիզբը, այսինքն՝ մոտ 150 տարի։
Հետաքրքիր է նշել, որ Լոմոնոսովը օգտագործել է Նյուտոնի կորպուսկուլյար տեսությունը 18-րդ դարի կեսերին՝ բացատրելու գազերի վարքագիծը, որը նկարագրված է իր «Մաթեմատիկական քիմիայի տարրեր» աշխատությունում։ Լոմոնոսովը համարում էր, որ գազը կազմված է կորպուսային մասնիկներից։
Ի՞նչ բացատրեց Նյուտոնի տեսությունը:
Լույսի մասին ուրվագծված գաղափարները կազմվեցինհսկայական քայլ նրա էությունը հասկանալու համար: Նյուտոնի մարմինների տեսությունը կարողացավ բացատրել հետևյալ երևույթները՝
- Լույսի ուղղագիծ տարածումը միատարր միջավայրում։ Իրոք, եթե ոչ մի արտաքին ուժ չի գործում լույսի շարժվող մարմնի վրա, ապա դրա վիճակը հաջողությամբ նկարագրվում է դասական մեխանիկայի առաջին Նյուտոնյան օրենքով:
- Արտացոլման ֆենոմեն. Հարվածելով երկու միջավայրերի միջերեսին՝ դիակը բացարձակ առաձգական բախում է ունենում, որի արդյունքում նրա իմպուլսի մոդուլը պահպանվում է, և ինքն արտացոլվում է անկման անկյան հավասար անկյան տակ։
- Ռեֆրակցիայի երեւույթը. Նյուտոնը կարծում էր, որ ավելի խիտ միջավայրի մեջ ներթափանցելով ավելի քիչ խիտ միջավայրից (օրինակ՝ օդից ջրի մեջ), մարմինը արագանում է խիտ միջավայրի մոլեկուլների ձգման շնորհիվ։ Այս արագացումը հանգեցնում է նրա հետագծի փոփոխության՝ ավելի մոտ նորմալին, այսինքն՝ նկատվում է բեկման էֆեկտ։
- Ծաղիկների գոյությունը. Տեսության ստեղծողը կարծում էր, որ յուրաքանչյուր դիտարկված գույն համապատասխանում է իր «գունավոր» մարմնին։
Նշված տեսության հիմնախնդիրները և վերադարձ Հյուգենսի գաղափարին
Նրանք սկսեցին առաջանալ, երբ հայտնաբերվեցին լույսի հետ կապված նոր էֆեկտներ: Հիմնականներն են դիֆրակցիան (լույսի ուղղագիծ տարածումից շեղում, երբ ճառագայթն անցնում է ճեղքով) և ինտերֆերենցիան (Նյուտոնի օղակների երևույթը)։ Լույսի այս հատկությունների հայտնաբերմամբ 19-րդ դարում ֆիզիկոսները սկսեցին հիշել Հյուգենսի աշխատանքը:
Նույն 19-րդ դարում Ֆարադեյը և Լենցը ուսումնասիրեցին փոփոխական էլեկտրական (մագնիսական) դաշտերի հատկությունները ևՄաքսվելն իրականացրել է համապատասխան հաշվարկները։ Արդյունքում ապացուցվեց, որ լույսը էլեկտրամագնիսական լայնակի ալիք է, որի գոյության համար եթեր չի պահանջվում, քանի որ այն կազմող դաշտերը տարածման գործընթացում առաջացնում են միմյանց։
Լույսի և Մաքս Պլանկի գաղափարի հետ կապված նոր բացահայտումներ
Թվում է, թե Նյուտոնի կորպուսուլյար տեսությունն արդեն ամբողջությամբ թաղված է, սակայն 20-րդ դարի սկզբին նոր արդյունքներ են հայտնվում. պարզվում է, որ լույսը կարող է «դուրս բերել» էլեկտրոնները նյութից և ճնշում գործադրել մարմինների վրա, երբ այն ընկնում է նրանց վրա: Այս երևույթները, որոնց ավելացվել է սև մարմնի անհասկանալի սպեկտր, ալիքի տեսությունն անզոր է բացատրել։
Լուծումը գտել է Մաքս Պլանքը։ Նա առաջարկեց, որ լույսը փոխազդում է նյութի ատոմների հետ փոքր մասերի տեսքով, որոնք նա անվանեց ֆոտոններ։ Ֆոտոնի էներգիան կարող է որոշվել բանաձևով՝
E=hv.
Որտեղ v - ֆոտոնի հաճախականություն, h - Պլանկի հաստատուն: Մաքս Պլանկը լույսի այս գաղափարի շնորհիվ հիմք դրեց քվանտային մեխանիկայի զարգացմանը։
Օգտագործելով Պլանկի գաղափարը՝ Ալբերտ Էյնշտեյնը բացատրում է ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի ֆենոմենը 1905 թվականին, Նիլս Բորը՝ 1912 թվականին տալիս է ատոմային արտանետումների և կլանման սպեկտրների հիմնավորումը, իսկ Քոմփթոնը 1922 թվականին բացահայտում է էֆեկտը, որն այժմ կրում է իր անունը: Բացի այդ, Էյնշտեյնի կողմից մշակված հարաբերականության տեսությունը բացատրում է ձգողականության դերը լույսի ճառագայթի գծային տարածումից շեղման մեջ։
Այսպիսով, 20-րդ դարի սկզբի այս գիտնականների աշխատանքը վերակենդանացրեց Նյուտոնի գաղափարները.լույսը 17-րդ դարում։
Լույսի կորպուսուլյար-ալիքային տեսություն
Ի՞նչ է լույսը: Դա մասնիկ է, թե ալիք: Լույսն իր տարածման ընթացքում, լինի դա միջավայրում, թե առանց օդի տարածության մեջ, ալիքի հատկություններ է դրսևորում։ Երբ դիտարկվում է նյութի հետ նրա փոխազդեցությունը, այն իրեն պահում է նյութական մասնիկի պես: Հետևաբար, ներկայումս լույսի առնչությամբ ընդունված է խոսել նրա հատկությունների դուալիզմի մասին, որոնք նկարագրված են կորպուսկուլյար-ալիքային տեսության շրջանակներում։
Լույսի մասնիկ. ֆոտոնը հանգստի վիճակում չունի ոչ լիցք, ոչ զանգված: Դրա հիմնական բնութագիրը էներգիան է (կամ հաճախականությունը, որը նույնն է, եթե ուշադրություն դարձնեք վերը նշված արտահայտությանը): Ֆոտոնը քվանտային մեխանիկական օբյեկտ է, ինչպես ցանկացած տարրական մասնիկ (էլեկտրոն, պրոտոն, նեյտրոն), հետևաբար այն ունի իմպուլս, կարծես մասնիկ լինի, բայց այն չի կարող տեղայնացվել (ճշգրիտ կոորդինատները որոշել), ասես ալիք.
