ფიზიკაში სინათლის ფენომენები ოპტიკურია, რადგან ისინი ამ ქვეგანყოფილებას განეკუთვნებიან. ამ ფენომენის ეფექტი არ შემოიფარგლება მხოლოდ ადამიანების გარშემო ობიექტების ხილვადობით. გარდა ამისა, მზის განათება სითბურ ენერგიას გადასცემს სივრცეში, რის შედეგადაც სხეულები თბება. ამის საფუძველზე წამოაყენეს გარკვეული ჰიპოთეზა ამ ფენომენის ბუნების შესახებ.
ენერგიის გადაცემას ახორციელებენ სხეულები და ტალღები, რომლებიც გავრცელდებიან გარემოში, ამდენად, რადიაცია შედგება ნაწილაკებისგან, რომელსაც ეწოდება სხეულები. ასე უწოდა ნიუტონმა მათ, მის შემდეგ გამოჩნდნენ ახალი მკვლევარები, რომლებმაც გააუმჯობესეს ეს სისტემა, იყვნენ ჰაიგენსი, ფუკო და ა.შ. სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია ცოტა მოგვიანებით წამოაყენა მაქსველმა.
სინათლის თეორიის წარმოშობა და განვითარება
პირველივე ჰიპოთეზის წყალობით, ნიუტონმა ჩამოაყალიბა კორპუსკულური სისტემა, რომელიც ნათლად ხსნიდაოპტიკური ფენომენების არსი. სხვადასხვა ფერის გამოსხივება აღწერილი იყო, როგორც ამ თეორიაში შემავალი სტრუქტურული კომპონენტები. ინტერფერენცია და დიფრაქცია ახსნა ჰოლანდიელმა მეცნიერმა ჰიუგენსმა მე-16 საუკუნეში. ამ მკვლევარმა წამოაყენა და აღწერა სინათლის თეორია ტალღებზე დაფუძნებული. ამასთან, ყველა შექმნილი სისტემა არ იყო გამართლებული, რადგან ისინი არ ხსნიდნენ ოპტიკური ფენომენების არსს და საფუძველს. ხანგრძლივი ძიების შედეგად გადაუჭრელი დარჩა კითხვები სინათლის გამოსხივების ჭეშმარიტებისა და ავთენტურობის, ასევე მათი არსის და საფუძვლის შესახებ.
რამდენიმე საუკუნის შემდეგ, რამდენიმე მკვლევარმა ფუკოს ხელმძღვანელობით, ფრენელმა დაიწყო სხვა ჰიპოთეზების წამოყენება, რის გამოც გამოვლინდა ტალღების თეორიული უპირატესობა კორპუსებზე. თუმცა ამ თეორიას ასევე ჰქონდა ნაკლოვანებები და ნაკლოვანებები. სინამდვილეში, ეს შექმნილი აღწერილობა ვარაუდობს რაიმე ნივთიერების არსებობას, რომელიც არის სივრცეში, იმის გამო, რომ მზე და დედამიწა ერთმანეთისგან შორს არიან. თუ სინათლე თავისუფლად ეცემა და გადის ამ ობიექტებში, მაშინ მათში არის განივი მექანიზმები.
თეორიის შემდგომი ფორმირება და გაუმჯობესება
მთელი ამ ჰიპოთეზის საფუძველზე გაჩნდა წინაპირობები ახალი თეორიის შესაქმნელად მსოფლიო ეთერის შესახებ, რომელიც ავსებს სხეულებსა და მოლეკულებს. და ამ ნივთიერების მახასიათებლების გათვალისწინებით, ის უნდა იყოს მყარი, შედეგად, მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ მას აქვს ელასტიური თვისებები. სინამდვილეში, ეთერმა უნდა მოახდინოს გავლენა გლობუსზე სივრცეში, მაგრამ ეს ასე არ ხდება. ამრიგად, ეს ნივთიერება არანაირად არ არის გამართლებული, გარდა იმისა, რომ მასში სინათლის გამოსხივება მიედინება და ისაქვს სიმტკიცე. ასეთი წინააღმდეგობებიდან გამომდინარე, ეს ჰიპოთეზა კითხვის ნიშნის ქვეშ დადგა, უაზრო და შემდგომი კვლევა.
მაქსველის ნამუშევრები
სინათლის ტალღური თვისებები და სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია შეიძლება ითქვას, რომ გახდა ერთი, როდესაც მაქსველმა დაიწყო თავისი კვლევა. კვლევის დროს დადგინდა, რომ ამ რაოდენობების გავრცელების სიჩქარე ემთხვევა თუ ისინი ვაკუუმში არიან. ემპირიული დასაბუთების შედეგად მაქსველმა წამოაყენა და დაამტკიცა ჰიპოთეზა სინათლის ჭეშმარიტი ბუნების შესახებ, რაც წარმატებით დადასტურდა წლებისა და სხვა პრაქტიკისა და გამოცდილებით. ამრიგად, წინა საუკუნეში შეიქმნა სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია, რომელიც დღესაც გამოიყენება. მოგვიანებით ის კლასიკად იქნება აღიარებული.
სინათლის ტალღური თვისებები: სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია
ახალი ჰიპოთეზის საფუძველზე, მიღებული იქნა ფორმულა λ=c/ν, რომელიც მიუთითებს, რომ სიგრძე შეიძლება მოიძებნოს სიხშირის გამოთვლისას. სინათლის ემისიები ელექტრომაგნიტური ტალღებია, მაგრამ მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ისინი აღქმულია ადამიანისთვის. გარდა ამისა, მათ შეიძლება ეწოდოს ასეთი და განიხილება რყევებით 4 1014-დან 7.5 1014 ჰც-მდე. ამ დიაპაზონში რხევის სიხშირე შეიძლება განსხვავდებოდეს და გამოსხივების ფერი განსხვავებულია და თითოეულ სეგმენტს ან ინტერვალს ექნება მისთვის დამახასიათებელი და შესაბამისი ფერი. შედეგად, მითითებული მნიშვნელობის სიხშირე არის ტალღის სიგრძე ვაკუუმში.
გათვლა აჩვენებს, რომ სინათლის ემისია შეიძლება იყოს 400 ნმ-დან 700 ნმ-მდე (იისფერი დაწითელი ფერები). გადასვლისას ელფერი და სიხშირე შენარჩუნებულია და დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე, რომელიც იცვლება გავრცელების სიჩქარის მიხედვით და მითითებულია ვაკუუმისთვის. მაქსველის სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია ეფუძნება მეცნიერულ საფუძველს, სადაც გამოსხივება ახდენს ზეწოლას სხეულის შემადგენელ ნაწილებზე და უშუალოდ მასზე. მართალია, ეს კონცეფცია მოგვიანებით გამოსცადა და ემპირიულად დაამტკიცა ლებედევმა.
სინათლის ელექტრომაგნიტური და კვანტური თეორია
მანათობელი სხეულების ემისია და განაწილება რხევების სიხშირეების მიხედვით არ შეესაბამება კანონებს, რომლებიც მიღებული იყო ტალღის ჰიპოთეზიდან. ასეთი განცხადება მოდის ამ მექანიზმების შემადგენლობის ანალიზიდან. გერმანელი ფიზიკოსი პლანკი ცდილობდა ამ შედეგისთვის ახსნა ეპოვა. მოგვიანებით ის მივიდა დასკვნამდე, რომ გამოსხივება ხდება გარკვეული ნაწილების სახით - კვანტური, მაშინ ამ მასას ფოტონები ეწოდა.
შედეგად, ოპტიკური ფენომენების ანალიზმა მიგვიყვანა დასკვნამდე, რომ სინათლის ემისია და შთანთქმა აიხსნება მასის შემადგენლობის გამოყენებით. ხოლო ის, ვინც გავრცელდა საშუალოზე, აიხსნა ტალღის თეორიით. ამრიგად, ახალი კონცეფციაა საჭირო ამ მექანიზმების სრულად შესასწავლად და აღწერისთვის. უფრო მეტიც, ახალ სისტემას უნდა აეხსნა და გაეერთიანებინა სინათლის სხვადასხვა თვისებები, ანუ კორპუსკულარული და ტალღოვანი.
კვანტური თეორიის განვითარება
შედეგად, ბორის, აინშტაინის, პლანკის ნაშრომები იყო ამ გაუმჯობესებული სტრუქტურის საფუძველი, რომელსაც კვანტური ეწოდა. დღემდე, ეს სისტემა აღწერს და განმარტავსარა მხოლოდ სინათლის კლასიკური ელექტრომაგნიტური თეორია, არამედ ფიზიკური ცოდნის სხვა დარგებიც. არსებითად, ახალმა კონცეფციამ საფუძველი ჩაუყარა სხეულებსა და სივრცეში მომხდარ მრავალ თვისებასა და მოვლენას, გარდა ამისა, მან იწინასწარმეტყველა და ახსნა უამრავი სიტუაცია.
არსებითად, სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია მოკლედ არის აღწერილი, როგორც ფენომენი, რომელიც დაფუძნებულია სხვადასხვა დომინანტებზე. მაგალითად, ოპტიკის კორპუსკულურ და ტალღურ ცვლადებს აქვთ კავშირი და გამოიხატება პლანკის ფორმულით: ε=ℎν, არის კვანტური ენერგია, ელექტრომაგნიტური გამოსხივების რხევები და მათი სიხშირე, მუდმივი კოეფიციენტი, რომელიც არ იცვლება არცერთი ფენომენისთვის. ახალი თეორიის მიხედვით, ოპტიკური სისტემა გარკვეული ცვალებადი მექანიზმებით შედგება სიძლიერის ფოტონებისაგან. ამრიგად, თეორემა ასე ჟღერს: კვანტური ენერგია პირდაპირპროპორციულია ელექტრომაგნიტური გამოსხივებისა და მისი სიხშირის რყევების მიმართ.
პლანკი და მისი ნაწერები
აქსიომა c=νλ, პლანკის ფორმულის შედეგად წარმოიქმნება ε=hc/λ, ასე რომ, შეიძლება დავასკვნათ, რომ ზემოაღნიშნული ფენომენი საპირისპიროა ტალღის სიგრძისა ვაკუუმში ოპტიკური ზემოქმედებით. დახურულ სივრცეში ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ სანამ ფოტონი იარსებებს, ის გარკვეული სიჩქარით იმოძრავებს და ტემპს ვერ შეანელებს. თუმცა, ის შეიწოვება ნივთიერების ნაწილაკებით, რომლებიც ხვდება გზაზე, რის შედეგადაც ხდება ცვლა და ის ქრება. პროტონებისა და ნეიტრონებისგან განსხვავებით, მას არ აქვს მოსვენების მასა.
ელექტრომაგნიტური ტალღები და სინათლის თეორიები ჯერ კიდევ არ ხსნიან ურთიერთსაწინააღმდეგო ფენომენებს,მაგალითად, ერთ სისტემაში იქნება გამოხატული თვისებები, ხოლო მეორეში კორპუსკულარული, მაგრამ, მიუხედავად ამისა, ისინი ყველა გაერთიანებულია გამოსხივებით. კვანტური კონცეფციის საფუძველზე, არსებული თვისებები წარმოდგენილია ოპტიკური სტრუქტურის ბუნებაში და ზოგადად მატერიაში. ანუ, ნაწილაკებს აქვთ ტალღური თვისებები და ისინი, თავის მხრივ, კორპუსკულურია.
შუქის წყაროები
სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორიის საფუძვლები ემყარება აქსიომას, რომელიც ამბობს: მოლეკულები, სხეულების ატომები ქმნიან ხილულ გამოსხივებას, რომელსაც ოპტიკური ფენომენის წყაროს უწოდებენ. ამ მექანიზმს წარმოქმნის უამრავი ობიექტი: ნათურა, ასანთი, მილები და ა.შ. უფრო მეტიც, თითოეული ასეთი ნივთი შეიძლება დაიყოს ეკვივალენტურ ჯგუფებად, რომლებიც განისაზღვრება ნაწილაკების გაცხელების მეთოდით, რომლებიც ახორციელებენ რადიაციას.
სტრუქტურირებული განათება
ნათურის თავდაპირველი წარმოშობა განპირობებულია ატომებისა და მოლეკულების აგზნებით სხეულში ნაწილაკების ქაოტური მოძრაობის გამო. ეს ხდება იმის გამო, რომ ტემპერატურა საკმაოდ მაღალია. გამოსხივებული ენერგია იზრდება იმის გამო, რომ მათი შინაგანი ძალა იზრდება და თბება. ასეთი ობიექტები მიეკუთვნება სინათლის წყაროების პირველ ჯგუფს.
ატომებისა და მოლეკულების ინკანდესცენცია წარმოიქმნება ნივთიერებების მფრინავი ნაწილაკების საფუძველზე და ეს არის არა მინიმალური დაგროვება, არამედ მთელი ნაკადი. ტემპერატურა აქ განსაკუთრებულ როლს არ თამაშობს. ამ ნათებას ლუმინესცენცია ეწოდება. ანუ, ეს ყოველთვის ხდება იმის გამო, რომ სხეული შთანთქავს გარე ენერგიას, რომელიც გამოწვეულია ელექტრომაგნიტური გამოსხივებით, ქიმიურირეაქცია, პროტონები, ნეიტრონები და ა.შ.
და წყაროებს ჰქვია luminescent. ამ სისტემის სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორიის განმარტება ასეთია: თუ სხეულის მიერ ენერგიის შთანთქმის შემდეგ გადის გარკვეული დრო, გამოცდილებით გაზომვადი და შემდეგ ის წარმოქმნის რადიაციას არა ტემპერატურის მაჩვენებლების გამო, შესაბამისად, ის მიეკუთვნება ზემოხსენებულს. ჯგუფი.
ლუმინესცენციის დეტალური ანალიზი
თუმცა, ასეთი მახასიათებლები სრულად არ აღწერს ამ ჯგუფს, იმის გამო, რომ მას რამდენიმე სახეობა აქვს. ფაქტობრივად, ენერგიის შთანთქმის შემდეგ, სხეულები რჩება ინკანდესენტურად, შემდეგ გამოყოფენ რადიაციას. აგზნების დრო, როგორც წესი, იცვლება და დამოკიდებულია ბევრ პარამეტრზე, ხშირად არ აღემატება რამდენიმე საათს. ამრიგად, გათბობის მეთოდი შეიძლება იყოს რამდენიმე ტიპის.
იშვიათი გაზი იწყებს გამოსხივებას მას შემდეგ, რაც მასში პირდაპირი დენი გაივლის. ამ პროცესს ელექტროლუმინესცენცია ეწოდება. იგი შეინიშნება ნახევარგამტარებში და LED-ებში. ეს ხდება ისე, რომ დენის გავლა იძლევა ელექტრონების და ხვრელების რეკომბინაციას, ამ მექანიზმის გამო წარმოიქმნება ოპტიკური ფენომენი. ანუ ენერგია გარდაიქმნება ელექტრულიდან შუქზე, საპირისპირო შიდა ფოტოელექტრული ეფექტი. სილიციუმი ითვლება ინფრაწითელ ემიტერად, ხოლო გალიუმის ფოსფიდი და სილიციუმის კარბიდი აცნობიერებენ ხილულ ფენომენს.
ფოტოლუმინესცენციის არსი
სხეული შთანთქავს სინათლეს, ხოლო მყარი და სითხეები ასხივებენ ტალღის გრძელ სიგრძეებს, რომლებიც ყველა თვალსაზრისით განსხვავდება ორიგინალისგანფოტონები. ინკანდესცენტისთვის გამოიყენება ულტრაიისფერი ინკანდესცენცია. ამ აგზნების მეთოდს ფოტოლუმინესცენცია ეწოდება. ეს ხდება სპექტრის ხილულ ნაწილში. რადიაცია გარდაიქმნება, ეს ფაქტი დაადასტურა ინგლისელმა მეცნიერმა სტოკსმა მე-18 საუკუნეში და ახლა აქსიომატიური წესია.
სინათლის კვანტური და ელექტრომაგნიტური თეორია ასე აღწერს სტოქსის კონცეფციას: მოლეკულა შთანთქავს რადიაციის ნაწილს, შემდეგ გადასცემს მას სხვა ნაწილაკებზე სითბოს გადაცემის პროცესში, დარჩენილი ენერგია ასხივებს ოპტიკურ ფენომენს. ფორმულით hν=hν
0 - A, გამოდის, რომ ლუმინესცენციის ემისიის სიხშირე უფრო დაბალია, ვიდრე შთანთქმის სიხშირე, რაც იწვევს ტალღის უფრო დიდ სიგრძეს.
ოპტიკური ფენომენის გავრცელების დროის ჩარჩო
სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია და კლასიკური ფიზიკის თეორემა მიუთითებს იმაზე, რომ მითითებული სიდიდის სიჩქარე დიდია. ბოლოს და ბოლოს, ის მზიდან დედამიწამდე მანძილს რამდენიმე წუთში გადის. ბევრი მეცნიერი ცდილობდა გაეანალიზებინა დროის სწორი ხაზი და როგორ მიემგზავრება სინათლე ერთი მანძილიდან მეორეზე, მაგრამ ისინი ძირითადად ვერ შეძლეს.
სინამდვილეში, სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია ეფუძნება სიჩქარეს, რომელიც არის ფიზიკის მთავარი მუდმივი, მაგრამ არა პროგნოზირებადი, მაგრამ შესაძლებელია. შეიქმნა ფორმულები და ტესტირების შემდეგ აღმოჩნდა, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელება და მოძრაობა დამოკიდებულია გარემოზე. უფრო მეტიც, ეს ცვლადი განსაზღვრულიასივრცის აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი, სადაც განთავსებულია მითითებული მნიშვნელობა. სინათლის გამოსხივებას შეუძლია შეაღწიოს ნებისმიერ ნივთიერებაში, რის შედეგადაც მცირდება მაგნიტური გამტარიანობა, ამის გათვალისწინებით, ოპტიკის სიჩქარე განისაზღვრება დიელექტრიკული მუდმივით.
