Български English [beta]
Здравей, гостенино. (вход, регистрация)
Екип Партньори Ресурси Статистики За контакт
Добави в любимиПредложи статияКонкурсиЗа рекламодатели
Начало
Форум
Към Кратки
Всички статии
 Литература
 Музика
 Филми и анимация
 На малкия екран
 Публицистика
 Популярни
 Кулинария
 Игри
 Спорт
 Творчество
 Други
Ключови думи
Поредици
Бюлетин

Търсене

Сивостен :: В чудния свят на светлината (статия) - Оптика, Физика, Вълни, История, Светлина, Теории
В чудния свят на светлината

Автор: Иван Ж. Атанасов, четвъртък, 12 март 2009.

Публикувано в Статии :: Популярни; Предложи Гледна точка

Намали размера на шрифтаУвеличи размера на шрифта

Светлината винаги е била интересно явление. А какво точно представлява – трудно описуемо. Може би именно за това първите научни теории за нейната природа и същност се появяват доста късно – към края на седемнадесети век. Тогава Нютон дефинира своята корпускулярна теория, а Хюйгенс – вълновата. Естествено, по-късно те са отхвърлени или по-точно ревизирани. Появява се Максуел, който изказва електромагнитната си теория, Макс Планк, който успява да отстрани проблемите с предишната хипотеза, Алберт Айнщайн и неговите фотони и т.н.

Нека обаче започнем по ред на номерата. Нютон разглежда светлината като поток от малки частици, или иначе казано корпускули, които се излъчват от източниците на светлина. Според него това става във всички посоки и при попадане в човешкото око предизвикват съответните зрителни усещания. Според него разликата в цветовете всъщност е разлика в големината на корпускулите – най-малките били виновници за виолетовия цвят, а най-големите – за червения. Също така Нютон казва, че белият цвят се получава от взаимодействие на частици с различна големина.

Въпреки че тази теория дава добро обяснение на наблюдавани явления като пречупване, или пък отражение, от нея следва един извод, а именно, че светлината се разпространява във вода с по-голяма скорост, отколкото във въздух. Естествено, по онова време това далеч не е проблем, тъй като скоростта на светлината не е била измерена и следователно теорията не е можело да бъде оборена.

Хюгенс от своя страна казва, че светлината е вълна, която се разпространява в безтегловна, всеобхватна среда, която нарича етер. И продължава, че всяка точка, до която достигат светлинните вълни, става източник на нови вълни и по този начин светлината се разпространява във всички посоки на околното спрямо източника пространство. Отново се получава добро обяснение за явленията пречупване и отражение, но от една страна идеята за безтегловния етер звучи малко прекалено налудничаво на колегите му, а още повече, когато праволинейното разпространение остава невъзможно за обяснение с вълновия процес. И така комбинацията от авторитета на Нютон и описаните проблеми водят до това, че неговите принципи заемат централно място в тогавашната физическа наука.

Всичко тече, всичко се променя. В началото на деветнадесети век учените наблюдават нови явления – интерференция и дифракция. Юнг и Фаренел потвърждават опитно вълновите свойства на светлината и така теориите на Хюгенс отново излизат на бял свят. Този път, обаче, след като експерименталните изследвания я подкрепят, тя получава и пълна подкрепа в научните среди. Така че всички, занимаващи се с темата, се прехвърлят към новия и последен изникнал въпрос – какво е естеството на светлинните вълни, кой извършва периодичните движения в тях.

През втората половина на същия век се появява електромагнитната теория на Максуел. Той показва, че светлинните вълни са електромагнитни такива с голяма честота. Още повече – определя точно характера на трептенията. Според него те се извършват от два вектора – интензитетите на електрично поле и на магнитно поле, които трептят в две взаимноперпендикулярни равнини и по отделно са перпендикулярни на посоката на разпространение на светлината.

В теорията за електромагнитното поле, електромагнитните вълни се появяват в следствие на преобразуването на енергията на променливо електрично поле в енергия на променливо магнитно и обратно. При това преобразуване интензитетите на електричното и магнитното поле се променят периодично. Като се използват уравненията, които Максуел дефинира в своята теория, се удовлетворяват дадени вълнови уравнения. И решенията им описват някаква вълна с дадена фазова скорост. Тази вълна Максуел нарича електромагнитна. Получава формула за скоростта й и я пресмята. Така се оказва, че скоростта, която получава, е много близка до наскоро измерената скорост на светлината във вакуум. Това именно дава основание на Максуел да предположи, че тя всъщност е електромагнитна вълна. Също така забелязва, че при изчисленията се появява коефициента на пречупване на прозрачните вещества, което затвърждава убеждението му.

И така явленията интерференция и дифракция били обяснени. Но какво става с поглъщането, фотоелектричния ефект и други останали необяснени неща, свързани с взаимодействието на светлина и вещество? Те са оставени за друг и по-точно за Макс Планк, който дефинира следната теория – излъчването на електромагнитни вълни от веществата не става непрекъснато, а на определени части, наречени кванти. И тяхното проявление е на частици с определена енергия. Това позволява на Айнщайн да обясни фотоелектричния ефект, като допуска, че светлината не само се излъчва, но и се поглъща и разпространява във вид на поток от светлинни кванти (фотони). И така се появява квантовата теория за светлината.

Достигнато е нивото, където светлината се оказва сложен обект с двойнствен характер. Не може да се разглежда само като вълна, но не мое да бъде и само частици. Така че остава единството на два противоположни вида движение – на частици от една страна и на вълни с електромагнитна природа, от друга. И така, в някои явления проявява корпускулярния си характер, а в други – вълновият. И цялата тази двойнственост наричаме корпускулярно-вълнов дуализъм на светлината.

Има ли движение – има и скорост. Тогава каква е тя при светлината? Още Галилей си задава този въпрос и опитва да я открие. Естествено, неуспешно – инструментариумът, с който борави науката по това време, е крайно недостатъчен и прекалено несъвършен за такава задача. Опитът му включва използване на два фенера – когато единият човек светне със своя, другият също маха покривалото на своя фенер в момента, в който види светлината. Галилео обаче не забелязва разлика във времето, независимо от разстоянието между двамата и заключава, че светлината се движи много бързо. Дава хипотеза, че се движи десет пъти по-бързо от звука. Но не успява да измери някаква скорост. Така че този въпрос се налага да почака до 1676 г., когато датският астроном Рьомер успява да постигне забележителен успех в Парижката обсерватория, и да даде на света първото успешно измерване на скоростта на светлината. Още от думата обсерватория навярно се досетихте, че пътят, по който го прави е астрономически.

А ситуацията е следната – Рьомер наблюдава затъмнение на един от спътниците на Юпитер, а именно Йо. Знае точното време, за което обикаля планетата, и така успява точно да определи момента на затъмнението. Забелязва, обаче, известни различия в това време при следващите опити. Тъй като Земята се върти, според него това очевидно се дължи на различните дължини, които трябва да измине светлината. Използвайки тази разлика във времето и дистанцията, която трябва да измине, фиксира скоростта й на 220 000 км/с. Близо двеста години по-късно, през 1849 г., френският физик Физо използва по-директен подход - пропуска светлина към отдалечено огледало и измерва времето за връщането на лъча. Той се разбива на импулси, като се пропуска между зъбите на зъбно колело. При достатъчно голяма скорост светлината достига до огледалото и се връща за време, за което диска се завърта под малък ъгъл и в окуляра не се вижда светлина. Знаейки разстоянието до огледалото (което е било на около 17 километра) Физо успява да получи значително по-точната стойност от 315 000 км/с.

Фуко, също французин, използва подобен метод, само че го усъвършенства – използва въртящо се огледало. Така светлината се връща под по-различен ъгъл и именно благодарение на него се получава още по-точната стойност от 298 000 км/с. Методът е доусъвършенстван от Майкълсън. Американският физик експериментира десетилетия и провежда серии от опити за определяне на скоростта на светлината във вакуум. Получава 299 796 км/с. Но и това не е достатъчно точно. През 1972 г., в националното бюро за стандарти в Булдър, Колорадо, чрез използване на източник на кохерентна светлина, с други думи лазер, измерват поотделно дължината на вълната на лъча и честотата му. Умножавайки ги получават скоростта на светлината, която според техния опит се равнява на 299 792 458,2 м/с, с точност до 1,1 м/с.

Казахме също така, че светлината има свойства на електромагнитна вълна. Но те самите имат твърде широк честотен диапазон. Тогава къде се намира тя? Различаваме по ред на дължината на вълната диапазон на дългите радиовълни (104 до 102м), на средните вълни (102 до 10м), метров (от 10 до 1м), сантиметров (от 1 до 10-2м), милиметров или иначе казано микровълнов диапазон, където вълните са с дължина от 10-2 до 10-3м, след което идва инфрачервеният спектър (10-3 до 10-6 м) и следва видимата светлина. Тези електромагнитни вълни, които се възприемат от окото и включват цялата визуална информация, която получаваме, са по дължина в диапазона от 7,5.10-7 до 4.10-7м. След нея идват ултравиолетовите (4.10-7 до 10-7м) и рентгеновите и гама лъчи, при които дължината е под 10-7м.

И с това завършва погледа ни към научните теории и тяхното развитие през вековете, отнасящи се за естеството и характера на чудното явление наречено светлина.






Допадна ли ви този материал? (22) (0) 9024 прочит(а)

 Добави коментар 
Ако сте регистрирани във форума можете да коментирате и тук

Име:
Текст:
Код:        

 Няма коментари 

AdSense
Нови Кратки @ Сивостен


Реклама


Подобни статии

Случаен избор


Сивостен, v.5.3.0b
© Сивостен, 2003-2011, Всички права запазени
Препечатването на материали е нежелателно. Ако имате интерес към някои от материалите,
собственост на сп. "Сивостен" и неговите автори, моля, свържете се с редакционната колегия.