Wat is lig? Hierdie vraag het die mensdom in alle eeue geïnteresseerd, maar eers in die 20ste eeu van ons era was dit moontlik om baie oor die aard van hierdie verskynsel te verduidelik. Hierdie artikel sal fokus op die korpuskulêre teorie van lig, die voordele en nadele daarvan.
Van antieke filosowe tot Christian Huygens en Isaac Newton
Sommige bewyse wat tot in ons tyd oorleef het, sê dat mense begin belangstel het in die aard van lig in antieke Egipte en antieke Griekeland. Aanvanklik is geglo dat voorwerpe beelde van hulself uitstraal. Laasgenoemde, wat in die menslike oog kom, skep die indruk van die sigbaarheid van voorwerpe.
Toe, tydens die vorming van filosofiese denke in Griekeland, het 'n nuwe teorie van Aristoteles verskyn, wat geglo het dat elke persoon 'n paar strale uit die oë uitstraal, waardeur hy voorwerpe kan "voel".
Die Middeleeue het geen duidelikheid gebring oor die kwessie wat oorweeg word nie, nuwe prestasies het eers gekom met die Renaissance en die revolusie in die wetenskap. Veral in die tweede helfte van die 17de eeu het twee heeltemal teenoorgestelde teorieë verskyn, wat gepoog het omverduidelik die verskynsels wat met lig geassosieer word. Ons praat van die golfteorie van Christian Huygens en die korpuskulêre teorie van Isaac Newton.
Ondanks 'n paar suksesse van die golfteorie, het dit steeds 'n aantal belangrike tekortkominge gehad:
- glo dat lig in die eter voortgeplant is, wat nooit deur iemand ontdek is nie;
- die transversale aard van die golwe het beteken dat die eter 'n soliede medium moes wees.
Met inagneming van hierdie tekortkominge, en ook gegewe die groot gesag van Newton in daardie tyd, is die teorie van deeltjies-liggaampies eenparig in die kring van wetenskaplikes aanvaar.
Die kern van die korpuskulêre teorie van lig
Newton se idee is so eenvoudig as moontlik: as al die liggame en prosesse rondom ons beskryf word deur die wette van klassieke meganika, waaraan liggame van eindige massa deelneem, dan is lig ook klein deeltjies of liggaampies. Hulle beweeg teen 'n sekere spoed in die ruimte, as hulle 'n hindernis ontmoet, word hulle daaruit weerkaats. Laasgenoemde verduidelik byvoorbeeld die bestaan van 'n skaduwee op 'n voorwerp. Hierdie idees oor lig het geduur tot die begin van die 19de eeu, dit wil sê sowat 150 jaar.
Dit is interessant om daarop te let dat Lomonosov die Newtoniaanse korpuskulêre teorie in die middel van die 18de eeu gebruik het om die gedrag van gasse te verduidelik, wat in sy werk "Elements of Mathematical Chemistry" beskryf word. Lomonosov het beskou dat gas uit liggaamspartikels bestaan.
Wat het Newtoniaanse teorie verduidelik?
Die uiteengesit idees oor lig gemaak'n groot stap om die aard daarvan te verstaan. Newton se teorie van liggaamsdele was in staat om die volgende verskynsels te verklaar:
- Ryklynige voortplanting van lig in 'n homogene medium. Inderdaad, as geen eksterne kragte op 'n bewegende ligliggaam inwerk nie, dan word die toestand daarvan suksesvol beskryf deur die eerste Newtoniaanse wet van klassieke meganika.
- Die verskynsel van refleksie. Deur die koppelvlak tussen twee media te tref, ervaar die liggaam 'n absoluut elastiese botsing, waardeur sy momentummodulus behoue bly, en dit self word gereflekteer teen 'n hoek gelyk aan die invalshoek.
- Die verskynsel van breking. Newton het geglo dat die liggaam versnel as gevolg van die aantrekking van die molekules van die digte medium deur in 'n digter medium in te dring vanaf 'n minder digte een (byvoorbeeld van lug na water). Hierdie versnelling lei tot 'n verandering in sy trajek nader aan die normaal, dit wil sê, 'n brekingseffek word waargeneem.
- Die bestaan van blomme. Die skepper van die teorie het geglo dat elke waargenome kleur ooreenstem met sy eie "kleur"-liggaam.
Probleme van die gestelde teorie en keer terug na Huygens se idee
Hulle het begin na vore kom toe nuwe ligverwante effekte ontdek is. Die belangrikste is diffraksie (afwyking van die reglynige voortplanting van lig wanneer 'n straal deur 'n spleet gaan) en interferensie (die verskynsel van Newton se ringe). Met die ontdekking van hierdie eienskappe van lig het fisici in die 19de eeu die werk van Huygens begin herroep.
In dieselfde 19de eeu het Faraday en Lenz die eienskappe van afwisselende elektriese (magnetiese) velde ondersoek, enMaxwell het die ooreenstemmende berekeninge uitgevoer. As gevolg hiervan is dit bewys dat lig 'n elektromagnetiese transversale golf is, wat nie eter benodig vir sy bestaan nie, aangesien die velde wat dit vorm mekaar in die proses van voortplanting genereer.
Nuwe ontdekkings wat verband hou met lig en Max Planck se idee
Dit wil voorkom asof Newton se korpuskulêre teorie reeds heeltemal begrawe is, maar aan die begin van die 20ste eeu verskyn nuwe resultate: dit blyk dat lig elektrone uit materie kan "uittrek" en druk op liggame kan uitoefen wanneer dit val op hulle. Hierdie verskynsels, waarby 'n onverstaanbare spektrum van 'n swart liggaam gevoeg is, het die golfteorie blykbaar magteloos te verklaar.
Die oplossing is deur Max Planck gevind. Hy het voorgestel dat lig in wisselwerking met die atome van materie in die vorm van klein gedeeltes, wat hy fotone genoem het. Die energie van 'n foton kan bepaal word deur die formule:
E=hv.
Waar v - fotonfrekwensie, h - Planck se konstante. Max Planck het, danksy hierdie idee van lig, die grondslag gelê vir die ontwikkeling van kwantummeganika.
Deur Planck se idee te gebruik, verduidelik Albert Einstein die verskynsel van die foto-elektriese effek in 1905, Niels Bohr - in 1912 gee 'n rasionaal vir atoomemissie- en absorpsiespektra, en Compton - ontdek in 1922 die effek wat nou sy naam dra. Daarbenewens het die relatiwiteitsteorie wat deur Einstein ontwikkel is, die rol van swaartekrag in die afwyking van die lineêre voortplanting van 'n ligstraal verduidelik.
Dus het die werk van hierdie wetenskaplikes van die vroeë 20ste eeu Newton se idees oorlig in die 17de eeu.
Korpuskulêre-golfteorie van lig
Wat is lig? Is dit 'n deeltjie of 'n golf? Tydens sy voortplanting, hetsy in 'n medium of in luglose ruimte, vertoon lig die eienskappe van 'n golf. Wanneer die interaksies daarvan met materie in ag geneem word, tree dit soos 'n materiële deeltjie op. Daarom is dit tans, met betrekking tot lig, gebruiklik om oor die dualisme van sy eienskappe te praat, wat binne die raamwerk van die korpuskulêre-golfteorie beskryf word.
'n Deeltjie lig - 'n foton het nie lading of massa in rus nie. Die belangrikste kenmerk daarvan is energie (of frekwensie, wat dieselfde is, as jy aandag gee aan die uitdrukking hierbo). 'n Foton is 'n kwantummeganiese voorwerp, soos enige elementêre deeltjie (elektron, proton, neutron), daarom het dit 'n momentum, asof dit 'n deeltjie is, maar dit kan nie gelokaliseer word nie (bepaal die presiese koördinate), asof dit 'n golf.
