Свет и его свойства. Геометрическая оптика Свойства света

Оптика — раздел физики, в котором изучается природа све­та, закономерности световых явлений и процессы взаимодей­ствия света с веществом.

В конце 18 века были сформулированы две принципиаль­но разные теории о природе света: корпускулярная теория, разработанная И. Ньютоном и волновая теория, разработанная Х.Гюйгенсом. Согласно корпускулярной теории, свет есть поток частиц (корпускул), летящих с большой скоростью от источни­ка света. Согласно волновой теории, свет представляет собой волны, распространяющиеся с большой скоростью в "мировом эфире" — неподвижной упругой среде, непрерывно заполняющей всю Вселенную. Обе теории объясняли законы отражения и пре­ломления света.

До конца 18 века предпочтение отдавалось корпускулярной теории Ньютона. Но в начале 19 века благодаря исследовани­ям Т.Юнга и О.Ж.Френеля волновая теория успешно объяснила почти все известные в то время световые явления — интерферен­цию, дифракцию и поляризацию света, в связи с чем эта теория получила всеобщее признание.

В 60-х годах 19 века Максвелл разработал теорию электро­магнитного поля. Выло доказано, что свет представляет собой электромагнитные волны, диапазон длин волн которых заклю­чался от 0,38 мкм до 0,77 мкм, создаваемые колебаниями заря­дов, входящих в состав атомов и молекул. Волновая теория света переросла в электромагнитную теорию света. Эксперименталь­ное значение скорости распространения света (с = 3 - 10⁸ м/с) совпало с теоретическим значением скорости распространения электромагнитных волн (с = 1/-у/^£о/*о), полученным из теории Максвелла.

Однако к концу 19 века накопился обширный материал, про­тиворечащий волновой природе света. Изучение распределения энергии в спектре теплового излучения черного тела, а также исследование внешнего фотоэффекта привело к идее об излуче­нии и поглощении энергии электромагнитного излучения порциями (квантами). В 1900 году М.Планк создал квантовую те­орию теплового электромагнитного излучения, а А.Эйнштейн (1905 г.) разработал квантовую теорию света, согласно кото­рой свет представляет поток световых частиц — фотонов. Новая квантовая теория возрождала корпускулярную теорию Ньюто­на. Развитие этой теории было продолжено благодаря теоре­тическим исследованиям атомных и молекулярных спектров, вы­полненных Н.Бором (1913), Э.Шредингером (1925), Р.Фейнманом (1949) и В.А.Фоком (1930).

По современным воззрениям свет — электромагнитный про­цесс, обладающий как волновыми, так и корпускулярными свой­ствами. В явлениях интерференции, дифракции, поляризации об­наруживаются волновые свойства света. Таким образом, волно­вая и корпускулярная (квантовая) теории дополняют друг дру­га, отражая двойственную природу света, т.е. корпускулярно-волновой дуализм света.

При описании волновых свойств света используются такие понятия и характеристики, как фронт световой волны, когерент­ные источники, световой луч, частота света, длина световой вол­ны. Квантовая теория вводит такие характеристики, как энергия, масса и импульс фотонов.