რა არის სინათლე? ეს კითხვა კაცობრიობას ყველა საუკუნეში აინტერესებდა, მაგრამ მხოლოდ ჩვენი ეპოქის მე-20 საუკუნეში იყო შესაძლებელი ამ ფენომენის ბუნების შესახებ ბევრი რამის გარკვევა. ეს სტატია ყურადღებას გაამახვილებს სინათლის კორპუსკულარულ თეორიაზე, მის უპირატესობებსა და ნაკლოვანებებზე.
ძველი ფილოსოფოსებიდან ქრისტიან ჰაიგენსამდე და ისააკ ნიუტონამდე
ჩვენს დრომდე შემორჩენილი ზოგიერთი მტკიცებულება ამბობს, რომ ადამიანებმა დაიწყეს სინათლის ბუნებით დაინტერესება ძველ ეგვიპტეში და ძველ საბერძნეთში. თავდაპირველად ითვლებოდა, რომ ობიექტები ასხივებენ საკუთარი თავის გამოსახულებებს. ეს უკანასკნელი, ადამიანის თვალში მოხვედრისას, ქმნის ობიექტების ხილვადობის შთაბეჭდილებას.
შემდეგ, საბერძნეთში ფილოსოფიური აზროვნების ჩამოყალიბების დროს, გაჩნდა არისტოტელეს ახალი თეორია, რომელიც თვლიდა, რომ თითოეული ადამიანი ასხივებს თვალებიდან გარკვეულ სხივებს, რისი წყალობითაც მას შეუძლია საგნების "შეგრძნება".
შუა საუკუნეებს არ შეუტანია რაიმე სიცხადე განსახილველ საკითხში, ახალი მიღწევები მოვიდა მხოლოდ რენესანსით და მეცნიერების რევოლუციით. კერძოდ, XVII საუკუნის მეორე ნახევარში გაჩნდა ორი სრულიად საპირისპირო თეორია, რომელიც ცდილობდა.ახსნას სინათლესთან დაკავშირებული ფენომენები. საუბარია კრისტიან ჰაიგენსის ტალღურ თეორიაზე და ისააკ ნიუტონის კორპუსკულარულ თეორიაზე.
მიუხედავად ტალღის თეორიის გარკვეული წარმატებებისა, მას მაინც ჰქონდა მთელი რიგი მნიშვნელოვანი ნაკლოვანებები:
- სჯეროდა, რომ სინათლე გავრცელდა ეთერში, რომელიც არასოდეს არავის აღმოუჩენია;
- ტალღების განივი ბუნება ნიშნავდა, რომ ეთერი უნდა ყოფილიყო მყარი საშუალო.
ამ ნაკლოვანებების გათვალისწინებით და ასევე ნიუტონის იმდროინდელი უზარმაზარი ავტორიტეტის გათვალისწინებით, ნაწილაკების თეორია მეცნიერთა წრეში ერთხმად იქნა მიღებული.
სინათლის კორპუსკულური თეორიის არსი
ნიუტონის იდეა რაც შეიძლება მარტივია: თუ ჩვენს გარშემო არსებული ყველა სხეული და პროცესი აღწერილია კლასიკური მექანიკის კანონებით, რომელშიც მონაწილეობენ სასრული მასის სხეულები, მაშინ სინათლე ასევე არის პატარა ნაწილაკები ან სხეულები. ისინი სივრცეში მოძრაობენ გარკვეული სიჩქარით, თუ დაბრკოლებას შეხვდებიან, მისგან აისახება. ეს უკანასკნელი, მაგალითად, ხსნის ობიექტზე ჩრდილის არსებობას. სინათლის შესახებ ეს იდეები გაგრძელდა მე-19 საუკუნის დასაწყისამდე, ანუ დაახლოებით 150 წლამდე.
საინტერესოა აღინიშნოს, რომ ლომონოსოვმა გამოიყენა ნიუტონის კორპუსკულარული თეორია მე-18 საუკუნის შუა წლებში აირების ქცევის ასახსნელად, რომელიც აღწერილია მის ნაშრომში "მათემატიკური ქიმიის ელემენტები". ლომონოსოვი თვლიდა, რომ გაზი შედგებოდა კორპუსკულური ნაწილაკებისგან.
რა ახსნა ნიუტონის თეორიამ?
გამოსახული იდეები სინათლის შესახებ შექმნილიაუზარმაზარი ნაბიჯი მისი ბუნების გაგებაში. ნიუტონის სხეულების თეორიამ შეძლო შემდეგი ფენომენების ახსნა:
- სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელება ერთგვაროვან გარემოში. მართლაც, თუ გარე ძალები არ მოქმედებს სინათლის მოძრავ კორპუსზე, მაშინ მისი მდგომარეობა წარმატებით არის აღწერილი კლასიკური მექანიკის პირველი ნიუტონის კანონით.
- რეფლექსიის ფენომენი. ორ მედიას შორის ინტერფეისის დარტყმისას, კორპუსკული განიცდის აბსოლუტურად ელასტიურ შეჯახებას, რის შედეგადაც მისი იმპულსის მოდული შენარჩუნებულია და ის თავად აისახება დაცემის კუთხის ტოლ კუთხით.
- რეფრაქციის ფენომენი. ნიუტონს სჯეროდა, რომ უფრო მკვრივ გარემოში შეღწევისას ნაკლებად მკვრივი გარემოდან (მაგალითად, ჰაერიდან წყალში), კორპუსკული აჩქარებს მკვრივი გარემოს მოლეკულების მიზიდულობის გამო. ეს აჩქარება იწვევს მისი ტრაექტორიის ცვლილებას ნორმალურთან უფრო ახლოს, ანუ შეინიშნება რეფრაქციული ეფექტი.
- ყვავილების არსებობა. თეორიის შემქმნელს სჯეროდა, რომ თითოეული დაკვირვებული ფერი შეესაბამება საკუთარ „ფერად“კორპუსკულს.
აღნიშნული თეორიის პრობლემები და დაუბრუნდით ჰაიგენსის იდეას
მათ დაიწყეს გაჩენა, როდესაც აღმოაჩინეს ახალი შუქთან დაკავშირებული ეფექტები. მთავარია დიფრაქცია (გადახრა სინათლის სწორხაზოვანი გავრცელებიდან, როდესაც სხივი გადის ჭრილში) და ინტერფერენცია (ნიუტონის რგოლების ფენომენი). სინათლის ამ თვისებების აღმოჩენით, მე-19 საუკუნეში ფიზიკოსებმა დაიწყეს ჰაიგენსის ნაშრომის გახსენება.
იმავე მე-19 საუკუნეში ფარადეიმ და ლენცმა გამოიკვლიეს ალტერნატიული ელექტრული (მაგნიტური) ველების თვისებები დამაქსველმა ჩაატარა შესაბამისი გამოთვლები. შედეგად, დადასტურდა, რომ სინათლე არის ელექტრომაგნიტური განივი ტალღა, რომელიც არ საჭიროებს ეთერს მისი არსებობისთვის, რადგან მისი შემქმნელი ველები გამრავლების პროცესში წარმოქმნიან ერთმანეთს.
ახალი აღმოჩენები დაკავშირებული სინათლესთან და მაქს პლანკის იდეასთან
როგორც ჩანს, ნიუტონის კორპუსკულური თეორია უკვე მთლიანად დამარხულია, მაგრამ მე-20 საუკუნის დასაწყისში ჩნდება ახალი შედეგები: ირკვევა, რომ სინათლეს შეუძლია მატერიიდან ელექტრონები "გამოიყვანოს" და მოახდინოს ზეწოლა სხეულებზე. ეცემა მათზე. ამ ფენომენებს, რომლებსაც შავი სხეულის გაუგებარი სპექტრი დაემატა, ტალღის თეორია უძლური აღმოჩნდა.
გამოსავალი იპოვა მაქს პლანკმა. მან შესთავაზა, რომ სინათლე ურთიერთქმედებს მატერიის ატომებთან მცირე ნაწილების სახით, რომლებსაც მან ფოტონები უწოდა. ფოტონის ენერგია შეიძლება განისაზღვროს ფორმულით:
E=hv.
სადაც v - ფოტონის სიხშირე, h - პლანკის მუდმივი. მაქს პლანკმა, სინათლის ამ იდეის წყალობით, საფუძველი ჩაუყარა კვანტური მექანიკის განვითარებას.
პლანკის იდეის გამოყენებით, ალბერტ აინშტაინი ხსნის ფოტოელექტრული ეფექტის ფენომენს 1905 წელს, ნილს ბორი - 1912 წელს იძლევა ატომური ემისიის და შთანთქმის სპექტრების დასაბუთებას, ხოლო კომპტონი - 1922 წელს აღმოაჩენს ეფექტს, რომელიც ახლა მის სახელს ატარებს. გარდა ამისა, აინშტაინის მიერ შემუშავებულმა ფარდობითობის თეორიამ ახსნა გრავიტაციის როლი სინათლის სხივის წრფივი გავრცელებიდან გადახრაში.
ამგვარად, მე-20 საუკუნის დასაწყისის ამ მეცნიერების მუშაობამ გააცოცხლა ნიუტონის იდეები.სინათლე მე-17 საუკუნეში.
სინათლის კორპუსკულარული ტალღის თეორია
რა არის სინათლე? ნაწილაკია თუ ტალღა? მისი გავრცელებისას, იქნება ეს საშუალო თუ უჰაერო სივრცეში, სინათლე ავლენს ტალღის თვისებებს. როდესაც განიხილება მისი ურთიერთქმედება მატერიასთან, ის იქცევა როგორც მატერიალური ნაწილაკი. მაშასადამე, ამჟამად, სინათლის მიმართ, ჩვეულებრივად არის საუბარი მისი თვისებების დუალიზმზე, რომლებიც აღწერილია კორპუსკულარულ-ტალღური თეორიის ფარგლებში.
სინათლის ნაწილაკი - ფოტონს არ აქვს არც მუხტი და არც მასა მოსვენებულ მდგომარეობაში. მისი მთავარი მახასიათებელია ენერგია (ანუ სიხშირე, რაც იგივეა, თუ ყურადღებას მიაქცევთ ზემოთ მოცემულ გამოთქმას). ფოტონი არის კვანტური მექანიკური ობიექტი, ისევე როგორც ნებისმიერი ელემენტარული ნაწილაკი (ელექტრონი, პროტონი, ნეიტრონი), ამიტომ მას აქვს იმპულსი, თითქოს ნაწილაკი იყოს, მაგრამ მისი ლოკალიზება შეუძლებელია (ზუსტი კოორდინატების განსაზღვრა), თითქოს ეს იყოს ტალღა.
