Развитие представлений о природе света кратко

Обновлено: 05.07.2024

Оптика – это раздел физики, занимающийся изучением природы света, законов его распространения и взаимодействия с веществом. Как известно, четыре основных закона геометрической оптики (законы прямолинейного распространения света, независимости световых пучков, отражения света от зеркальных поверхностей и преломления света на границе раздела двух прозрачных сред) были установлены на основе опытных данных еще задолго до выяснения истинной природы света. В связи с этим уместно привести некоторые исторические сведения.

Еще 430 лет до нашей эры школа Платона установила законы прямолинейного распространения и отражения света от зеркальных поверхностей. Закон прямолинейного распространения нашел свое отражение также в трудах Эвклида (300 лет до н.э.), тогда как явление преломления света, можно полагать, был установлено Аристотелем (350 лет до н.э.).

Птоломеем (120 лет до н.э.) были измерены углы падения и преломления света, на основе чего им же была составлена таблица рефракции. Ввиду того, что измерения проводились для малых углов, Птоломей пришел к неверному выводу о пропорциональности угла преломления углу падения. Закон преломления окончательно был установлен Снеллиусом в конце XVI в. Им было найдено, что отношение синусов углов падения и преломления остается постоянным для двух данных сред. В середине XVII в. Декарт дал математическую формулировку закона преломления света:

где - угол падения светового луча, - угол преломления, -показатели преломления первой и второй среды.

Первые высказывания о природе света были сделаны древними греками и египтянами. Согласно одной из этих теорий, свет, подобно течению воды из трубы, выходит из глаз человека, благодаря чему мы видим окружающий нас мир.

Согласно Пифагору (450 лет до н.э.), тела становятся видимыми благодаря попаданию в глаз человека частиц, вылетающих из тел. Эти частицы Демокрит (460 – 370 лет до н.э.) назвал атомами. Подобные догадки относительно природы света были опровергнуты Аристотелем. Аристотель считал, что, свет, передаваясь через посредство прозрачной среды, расположенной между объектами и глазом, вызывает зрительное действие. Эта идея Аристотеля как бы положила начало учению о светоносной среде – эфире.

В XVII в. Кеплер высказал предположение относительно природы света. Согласно Кеплеру, свет представляет собой частицы, излучаемые веществом – источником. Он считал распространение света мгновенным процессом.

Последовательная теория о природе света была выдвинута Ньютоном на основе наблюдений и проделанных экспериментов. Ньютон разобрал два противоречивых друг другу случая.

Согласно одной из гипотез, свет представляет собой корпускулы, движущиеся равномерно и прямолинейно в однородной среде. Явление дисперсии света, наблюдаемое впервые Ньютоном в опыте с призмой, было объяснено с помощью корпускулярной теории. По Ньютону, цвета определяются размерами носителей-корпускул: красному цвету соответствуют корпускулы наибольшего, фиолетовому – наименьшего размера. Корпускулярная теория могла объяснить законы отражения и преломления света. Согласно этой теории, отражение света происходит подобно упругому удару шарика о неподвижную стенку, т.е. углы падения и отражения должны быть равны. Далее, корпускула, падающая на границу раздела двух прозрачных сред, при дальнейшем прохождении в более плотной среде приближается (из-за увеличения притяжения) к нормали, опущенной к границе раздела. Это и есть закон преломления света.

Спустя несколько лет после создания Ньютоном корпускулярной теории известный ученый X. Гюйгенс, опираясь на аналогию оптических и акустических явлений, выдвинул волновую теорию света. Согласно Гюйгенсу, свет есть упругие импульсы, распространяющиеся в особой среде – эфире. Он полагал, что не только сами тела, но также пространство между ними заполнены эфиром. Согласно Гюйгенсу, большая скорость распространения света обусловлена особыми свойствами эфира.

В основу волновой теории Гюйгенса положен принцип, носящий его имя. Согласно этому принципу, каждая точка, до которой доходит световая волна, становится, в свою очередь, центром вторичных волн; поверхность, огибающая в произвольный момент времени эти вторичные волны, определяет фронт распространяющейся волны в этот момент времени.

Таким образом, к началу XVIII в. существовали два подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. XVIII век стал веком борьбы этих двух теорий. Значительным шагом в развитии теории света явилась теория, разработанная Максвеллом во второй половине XIX в. на основе работ Кулона, Ампера, Фарадея, Вебера и др. Обобщая известные факты, Максвелл выдвинул электромагнитную теорию света, согласно которой световые волны представляют собой не что иное, как электромагнитные волны высокой частоты. Им была предложена система дифференциальных уравнений, описывающая электромагнитные волны. Согласно электромагнитной теории Максвелла:

где с и— соответственно скорости света в вакууме и в среде с диэлектрической проницаемостью e и магнитной проницаемостью m; n – показатель преломления.

Теория Максвелла установила связь между электрическими, магнитными и оптическими параметрами среды.

Однако, поскольку, по Максвеллу e и m – величины, не зависящие от длины волны света, то явление дисперсии (зависимость показателя преломления от длины волны) оставалось необъясненным в рамках электромагнитной теории. Этот пробел был заполнен после того, как Лоренц предложил электронную теорию, согласно которой диэлектрическая проницаемость среды зависит от длины волны падающего света. Электромагнитное излучение с длинами волн в области от 0,4 до 0,76 мкм воспринимается непосредственно глазом и называется видимым светом.

Как Максвелл, так и Лоренц считали, что носителями световой волны в пространстве является эфир. Существование эфира долгое время не вызывало сомнений, а представления о свойствах эфира развивались параллельно с представлениями о природе света. Согласно Максвеллу, эфир является ответственным за все электромагнитные явления.

По Лоренцу, эфир представляет собой бесконечную среду, характеризующуюся только одним параметром – скоростью распространения света в данной среде.

Опыты Морли – Майкельсона опровергли представления о покоящейся среде – эфире, в результате этого электродинамика Лоренца была заменена электродинамикой теории относительности.

Теория Лоренца, несмотря на определенные успехи, встретила серьезные трудности. В частности, она не могла объяснить распределения энергии по частотам при тепловом излучении абсолютно черного тела. Эти недостатки теории не были устранены и другими учеными (Вин, Рэлей, Джинс). Смелая гипотеза, выдвинутая в 1900 г. Планком, решила проблему спектрального распределения энергии теплового излучения.

Согласно гипотезе Планка, излучение электромагнитного поля происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. определенными порциями (квантами), энергия (w) которых определяется частотой (n):

Подводя итоги, приходим к естественному выводу о том, что свет имеет двойственную природу – волновую и корпускулярную, т.е. свет представляет собой единство дискретности и непрерывности, что находится в полном согласии с законами материалистической диалектики.

Слабые и сильные световые поля

Интенсивность света определяется по формуле:

где Е – напряженность светового поля, с – скорость света в вакууме. Все известные нам до появления лазеров источники способны создавать световой пучок интенсивности не выше чем 10 Вт/см 2 . Достижимые значения напряженности поля для таких источников света составляют порядок 0,1 – 10 В/см. Это на несколько порядков меньше внутриатомного электрического поля Е_a (Е_a @ 10 9 В/см), под действием которого движется валентный электрон.

Лазерные источники с энергией 10 3 Дж позволяют получить световой пучок с интенсивностью 10 10 Вт/см 2 и больше. При такой интенсивности напряженность светового поля достигает значения 10 9 В/см. С помощью лазеров на стекле с неодимом (l = 1,06 мкм) получают напряженности поля до 10 11 В/см.

Внутриатомное поле удерживает оптический электрон (валентный электрон, наиболее слабо связанный с ядром) вокруг ядра. При изучении взаимодействия света с веществом можно принять внутриатомное поле за характерное, и всякие сравнения проводить относительно этого поля. Если условиться так, то поле обычных тепловых световых источников (напряженностью ~ 10 В/см) можно называть слабым, а лазерных с напряженностью поля порядка внутриатомного и больше – сильным.

Опыты, проводимые со слабыми световыми полями, показали, что характер оптических явлений не зависит от интенсивности излучения. Такие явления принято называть линейными оптическими явлениями. Область оптики, рассматривающую такие явления, принято называть линейной оптикой. В основе линейной оптики лежит тот факт, что существует линейная связь между Р и Е (Р = cЕ, где Р – дипольный момент, приобретенный 1 см 3 среды, c – макроскопическая восприимчивость среды, Е – напряженность действующего на среду светового поля).

При таких предположениях показатель преломления и другие характеристики среды не будут зависеть от интенсивности излучения. Там, где это не будет особо оговорено, будем иметь в виду случай именно линейной оптики.

Многочисленные эксперименты, проведенные со световыми пучками мощностью порядка 10 8 Вт/см 2 и больше, убедительно показали, что характер оптических явлений существенно зависит от интенсивности излучения. Область оптики, изучающую оптические явления, характер которых зависит от интенсивности излучения, принято называть нелинейной оптикой. Это новое направление оптики стало бурно развиваться, начиная с 1962 г., когда впервые была обнаружена генерация второй гармоники (эффект удвоения частоты).

Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00

Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян. По мере изобретения и совершенствования различных оптических приборов (параболического зеркала, микроскопа, зрительной трубы) эти представления развивались и трансформировались. В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс).

Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света объяснялось изменением скорости корпускул при переходе из одной среды в другую. Для случая преломления света на границе вакуум–среда корпускулярная теория приводила к следующему виду закона преломления:
где – скорость света в вакууме, – скорость распространения света в среде. Так как , из корпускулярной теории следовало, что скорость света в средах должна быть больше скорости света в вакууме. Ньютон пытался также объяснить появление интерференционных полос, допуская определенную периодичность световых процессов . Таким образом, корпускулярная теория Ньютона содержала в себе элементы волновых представлений.

Волновая теория, в отличие от корпускулярной, рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса , согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн (плоскость на рис. 3.6.1) дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Под волновым фронтом Гюйгенс понимал геометрическое место точек, до которых одновременно доходит волновое возмущение. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы отражения и преломления. Рис. 3.6.1 дает представление о построениях Гюйгенса для определения направления распространения волны, преломленной на границе двух прозрачных сред.

Для случая преломления света на границе вакуум–среда волновая теория приводит к следующему выводу:
Закон преломления, полученный из волновой теории, оказался в противоречии с формулой Ньютона. Волновая теория приводит к выводу: , тогда как согласно корпускулярной теории .

Таким образом, к началу XVIII века существовало два противоположных подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. Обе теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. Весь XVIII век стал веком борьбы этих теорий. Однако в начале XIX столетия ситуация коренным образом изменилась. Корпускулярная теория была отвергнута и восторжествовала волновая теория. Большая заслуга в этом принадлежит английскому физику Т. Юнгу и французскому физику О. Френелю, исследовавшим явления интерференции и дифракции. Исчерпывающее объяснение этих явлений могло быть дано только на основе волновой теории. Важное экспериментальное подтверждение справедливости волновой теории было получено в 1851 году, когда Ж. Фуко (и независимо от него А. Физо) измерил скорость распространения света в воде и получил значение .

Хотя к середине XIX века волновая теория была общепризнана, вопрос о природе световых волн оставался открытым.

В 60-е годы XIX века Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет – это электромагнитные волны. Важным подтверждением такой точки зрения послужило совпадение скорости света в вакууме с электродинамической постоянной Электромагнитная природа света получила признание после опытов Г. Герца по исследованию электромагнитных волн (1887–1888 гг.). В начале XX века после опытов П. Н. Лебедева по измерению светового давления (1901 г.) электромагнитная теория света превратилась в твердо установленный факт.

Важнейшую роль в выяснении природы света сыграло опытное определение его скорости. Начиная с конца XVII века предпринимались неоднократные попытки измерения скорости света различными методами (астрономический метод А. Физо, метод А. Майкельсона). Современная лазерная техника позволяет измерять скорость света с очень высокой точностью на основе независимых измерений длины волны λ и частоты света ν (). Таким путем было найдено значение
превосходящее по точности все ранее полученные значения более чем на два порядка.

Свет играет чрезвычайно важную роль в нашей жизни. Подавляющее количество информации об окружающем мире человек получает с помощью света. Однако, в оптике как разделе физики под светом понимают не только видимый свет , но и примыкающие к нему широкие диапазоны спектра электромагнитного излучения – инфракрасный (ИК) и ультрафиолетовый (УФ). По своим физическим свойством свет принципиально неотличим от электромагнитного излучения других диапазонов – различные участки спектра отличаются друг от друга только длиной волны λ и частотой ν. Рис. 3.6.2. дает представление о шкале электромагнитных волн.

Для измерения длин волн в оптическом диапазоне используются единицы длины 1 нанометр (нм) и 1 микрометр (мкм):

Видимый свет занимает диапазон приблизительно от до или от до .

Электромагнитная теория света позволила объяснить многие оптические явления, такие как интерференция, дифракция, поляризация и т. д. Однако, эта теория не завершила понимание природы света. Уже в начале XX века выяснилось, что эта теория недостаточна для истолкования явлений атомного масштаба , возникающих при взаимодействии света с веществом. Для объяснения таких явлений, как излучение черного тела, фотоэффект, эффект Комптона и др. потребовалось введение квантовых представлений . Наука вновь вернулась к идее корпускул – световых квантов. Тот факт, что свет в одних опытах обнаруживает волновые свойства, а в других – корпускулярные, означает, что он имеет сложную двойственную природу, которую принято характеризовать термином корпускулярно-волновой дуализм.

В школе Пифагора (550 г. до н.э.) утверждали, что лучи Солнца "проникают через густой и холодный эфир". Впервые появляется мысль о том что свет каким-то образом передается материальной средой - эфиром.

Платон (430 г. до н.э.) установил законы прямолинейного распространения и отражения света.

Аристотель (350 г. до н.э.) - свет есть нечто, исходящее из глаз. Лучи света как бы ощупывают предметы, доставляя наблюдателю информацию об их форме и качестве. Изучал законы преломления света.

До второй половины XVII в. оптика представляла, по существу, один из разделов геометрии. Световой луч - прямая линия и светящаяся точка - начало этой линии. Далее были установлены законы отражения и преломления света. Первый был известен еще в Древней Греции. Закон преломления света открыли независимо друг от друга голландский ученый Виллеброд Снеллиус (1591-1626) и французский ученый Рене Декарт (1596-1650).

В конце XVII века возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и Х. Гюйгенс).

Принцип Гюйгенса - это предположение о механизме распространения света. Светящийся предмет, так же как и звучащее тело, приводит в движение окружающую среду, и это движение "распространяется так же, как и при звуке, сферическими поверхностями и волнами". Принцип формулировался так.

"Каждая частица вещества, в котором распространяется волна, сообщает свое движение не только ближайшей частице, лежащей на прямой, проведенной от светящейся точки, но и необходимо сообщает его также всем другим частицам, которые касаются ее и препятствуют ее движению. Таким образом, вокруг каждой частицы должна образоваться волна, центром которой она является".

Итак, свет, по Гюйгенсу, - это распространение импульсов, возбуждаемых светящимся телом в упругом эфире.

Согласно корпускулярной теории (теории истечения), свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами и летящих по прямолинейным траекториям.

Движение световых корпускул Ньютон подчинил сформулированным им законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика при ударе о плоскость, где также соблюдались законы равенства углов падения и отражения. Преломление света Ньютон объяснял притяжением корпускул преломляющей средой, в результате чего скорость корпускул меняется при переходе из одной среды в другую. Из теории Ньютона следовало, что скорость распространения света в среде должна быть всегда больше скорости его распространения в вакууме.

Волновая теория приводит к выводу, отличному от вывода теории Ньютона. По теории Гюйгенса скорость распространения света в среде должна быть всегда меньше скорости его распространения в вакууме.

В 1801 г. Томас Юнг (1773-1829) формулирует гипотезу о том, что светящееся тело возбуждает колебательные движения в эфире; ощущение цветов зависит от частоты колебаний, возбужденных светом на сетчатке. Однако самым важным вкладом Юнга в оптику, обеспечившим победу волновых представлений, было открытие принципа интерференции. Изучая звуковые волны и волны на поверхности воды, Юнг убеждается в аналогии свойств этих волновых движений со свойствами света.

Только в середине 19 века экспериментально было доказано, что скорость света в веществе меньше, чем в вакууме. Волновая теория получила всеобщее признание. Одно только смущало ученых. Никак не удавалось экспериментально обнаружить эту гипотетическую среду – эфир.

Однако и эти трудности были преодолены. В 60-е годы 19 века Д. Максвеллом были установлены общие законы электромагнитного поля, которые привели его к заключению, что свет – это электромагнитные волны . Важным подтверждением такой точки зрения послужило совпадение скорости света в вакууме со скоростью электромагнитной волны. Электромагнитная природа света получила признание после опытов Г. Герца по исследованию электромагнитных волн (1887–1888 гг.).

В 1900 г. немецкий физик М.Планк выдвинул гипотезу, согласно которой изучение электромагнитного поля происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой.

В 1905 г. А. Эйнштейн, исследуя проблемы фотоэффекта, распространил идею квантирования также и на поглощение веществом энергии излучения светового потока.

Квантовое представление о свете хорошо согласуется с законами излучения и поглощения света, законами взаимодействия света с веществом. Дальнейший путь развития теории привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно - волновой природе света.

Основные законы оптики известны еще с древних веков. Так, Платон (430 г. до н.э.) установил законы прямолинейного распространения и отражения света. Аристотель (350 г. до н.э.) и Птоломей изучали преломление света. Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян, которые в дальнейшем, по мере изобретения и усовершенствования различных оптических инструментов, например параболических зеркал (XIII в.), фотоаппарата и микроскопа (XVI в.), зрительной трубы (XVII в.), развивались и трансформировались. В конце XVII в. на основе многовекового опыта и развития представлений о свете возникли две теории света: корпускулярная (И. Ньютон) и волновая (Р. Гук и X. Гюйгенс).

Согласно корпускулярной теории (теории истечения), свет представляет собой поток частиц (корпускул), испускаемых светящимися телами и летящих по прямолинейным траекториям. Движение световых корпускул Ньютон подчинил сформулированным им законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика при ударе о плоскость, где также соблюдается закон равенства углов падения и отражения. Преломление света Ньютон объяснял притяжением корпускул преломляющей средой, в результате чего скорость корпускул меняется при переходе из одной среды в другую. Из теории Ньютона следовало постоянство отношения синуса угла падения к синусу угла преломления :

где с — скорость распространения света в вакууме, v — скорость распространения света в среде. Так как n в среде всегда больше единицы, то, по теории Ньютона, v > c, т e. скорость распространения света в среде должна быть всегда больше скорости его распространения в вакууме.

Согласно волновой теории, развитой на основе аналогии оптических и акустических явлений, свет представляет собой упругую волну, распространяющуюся в особой среде — эфире. Эфир заполняет все мировое пространство, пронизывает все тела и обладает механическими свойствами — упругостью и плотностью. Согласно Гюйгенсу, большая скорость распространения света обусловлена особыми свойствами эфира.

Волновая теория основывается на принципе Гюйгенса: каждая точка, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Напомним, что волновым фронтом называется геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t. Принцип Гюйгенса позволяет анализировать распространение света и вывести законы отражения и преломления.

Выведем законы отражения и преломления света, исходя из принципа Гюйгенса. Пусть на границу раздела двух сред падает плоская волна (фронт волны — плоскость АВ), распространяющаяся вдоль направления I (рис.243). Когда фронт волны достигнет отражающей поверхности в точке А, эта точка начнет излучать вторичную волну. Для прохождения волной расстояния ВС требуется время = BC/v. За это же время фронт вторичной волны достигнет точек полусферы, радиус AD которой равен v = BC. Положение фронта отраженной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление распространения этой волны — лучом II. Из равенства треугольников ABC и ADC вытекает закон отражения: угол отражения равен углу падения .

Для вывода закона преломления предположим, что плоская волна (фронт волны — плоскость АВ), распространяющаяся в вакууме вдоль направления I со скоростью света с, падает на границу раздела со средой, в которой скорость ее распространения равна v (рис. 244). Пусть время, затрачиваемое волной для прохождения пути ВС, равно . Тогда ВС = c . За это же время фронт волны, возбуждаемый точкой А в среде со скоростью v, достигнет точек полусферы, радиус которой AD = v . Положение фронта преломленной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC, а направление ее распространения — лучом III. Из рис. 244 следует, что AC = BC/ = AD/ , т.е. c / = v / , откуда

Сравнивая выражения (170.2) и (170.1), видим, что волновая теория приводит к выводу, отличному от вывода теории Ньютона. По теории Гюйгенса, v

Таким образом, к началу XVIII в. существовало два противоположных подхода к объяснению природы света: корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. Обе эти теории объясняли прямолинейное распространение света, законы отражения и преломления. XVIII век стал веком борьбы этих теорий. Экспериментальное доказательство справедливости волновой теории было получено в 1851 г., когда Э. Фуко (и независимо от него А. Физо) измерил скорость распространения света в воде и получил значение, соответствующее формуле (170.2). К началу XIX столетия корпускулярная теория была полностью отвергнута и восторжествовала волновая теория. Большая заслуга в этом отношении принадлежит английскому физику Т. Юнгу, исследовавшему явления дифракции и интерференции, и французскому физику О. Френелю (1788—1827), дополнившему принцип Гюйгенса и объяснившему эти явления.

Несмотря на признание волновой теории, она обладала целым рядом недостатков. Например, явления интерференции, дифракции и поляризации могли быть объяснены только в том случае, если световые волны считать поперечными. С другой стороны, если световые волны — поперечные, то их носитель — эфир — должен обладать свойствами твердых тел. Попытка же наделить эфир свойствами твердого тела успеха не имела, так как эфир не оказывает заметного воздействия на движущиеся в нем тела. Далее эксперименты показали, что скорость распространения света в разных средах различна, поэтому эфир должен обладать в разных средах различными свойствами. Теория Гюйгенса не могла объяснить также физической природы наличия разных цветов.

Наука о свете накапливала экспериментальные данные, свидетельствующие о взаимосвязи световых, электрических и магнитных явлений, что позволило Максвеллу в 70-х годах прошлого столетия создать электромагнитную теорию света (см. § 139). Согласно электромагнитной теории Максвелла (см. (162.3)),

где с и v — соответственно скорости распространения света в вакууме и в среде с диэлектрической проницаемостью и магнитной проницаемостью . Это соотношение связывает оптические, электрические и магнитные постоянные вещества. По Максвеллу, и — величины, не зависящие от длины волны света, поэтому электромагнитная теория не могла объяснить явление дисперсии (зависимость показателя преломления от длины волны). Эта трудность была преодолена в конце XIX в. Лоренцем, предложившим электронную теорию, согласно которой диэлектрическая проницаемость зависит от длины волны падающего света. Теория Лоренца ввела представление об электронах, колеблющихся внутри атома, и позволила объяснить явления испускания и поглощения света веществом.

Перечисленные затруднения и противоречия были преодолены благодаря смелой гипотезе (1900) немецкого физика М. Планка (1858—1947), согласно которой излучение и поглощение света происходит не непрерывно, а дискретно, т. е. определенными порциями (квантами), энергия которых определяется частотой :

где h — постоянная Планка.

Теория Планка не нуждалась в понятии об эфире. Она объяснила тепловое излучение черного тела. Эйнштейн в 1905 г. создал квантовую теорию света, согласно которой не только излучение света, но и его распространение происходит в виде потока световых квантов — фотонов, энергия которых определяется соотношением (170.3), а масса

Квантовые представления о свете хорошо согласуются с законами излучения и поглощения света, законами взаимодействия света с веществом. Однако как с помощью этих представлений объяснить такие хорошо изученные явления, как интерференция, дифракция и поляризация света? Эти явления легко объясняются на основе волновых представлений. Все многообразие изученных свойств и законов распространения света, его взаимодействия с веществом показывает, что свет имеет сложную природу. Он представляет собой единство противоположных видов движения — корпускулярного (квантового) и волнового (электромагнитного). Длительный путь развития привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно-волновой природе света. Выражения (170.3) и (170.4) связывают корпускулярные характеристики излучения — массу и энергию кванта — с волновыми — частотой колебаний и длиной волны. Таким образом, свет представляет собой единство дискретности и непрерывности, что находится в полном соответствии с выводами материалистической диалектики.

Глава 22. Интерференция света

Читайте также: