Главные этапы в развитии теории света

Первые представления о природе света возникли у древних греков и египтян, которые в дальнейшем, по мере изобретения и усовершенствования различных оптических приборов и инструментов развивались и трансформировались.

В конце XVII века на основе многовекового опыта и развития представлений о свете возникли две теории света – корпускулярная (теория истечения) И.Ньютона и волновая теория Х.Гюйгенса.

Согласно первой из них, свет представляет собой поток частиц (корпускул) испускаемых светящимися телами и летящими по прямолинейным траекториям. Движение этих частиц подчинено законам механики.

Согласно волновой теории свет представляет собой упругую волну, распространяющуюся в особой среде – эфире. Эфир заполняет все мировое пространство, пронизывает все тела. Используя сформулированный им принцип (принцип Гюйгенса) Х.Гюйгенс объяснил все основные законы распространения света.

В течение всего XVIII века корпускулярная теория света занимала господствующее положение в науке (научный авторитет Ньютона), однако острая борьба между этой и волной теориями света не прекращалась.

В начале XIX века благодаря трудам Т.Юнга и О.Френеля стала складываться последовательно развиваемая система волновой оптики. Несмотря на признание волновой теории, она обладала целым рядом недостатков. Многие оптические явления можно было объяснить только в том случае, если световые волны считать поперечными. Но тогда эфир должен обладать свойствами твердого тела. Более того, оказалось, что скорость света в различных средах различна. Поэтому эфир должен обладать в разных средах различными свойствами.

Накопление экспериментальных данных о связи оптических, электрических и магнитных явлений позволило Д.Максвеллу в 70-х годах XIX века выдвинуть электромагнитную теорию света. В рамках этой теории не удавалось объяснить явление дисперсии света. Согласно этой теории . Это соотношение связывает электрические, магнитные и оптические постоянные вещества. Но, по Максвеллу и суть величины постоянные, и, следовательно, показатель преломления вещества не должен зависеть от длины световой волны, что противоречит опыту. В конце 19 века Лоренц разработал электронную теорию, в рамках которой удалось не только объяснить явление дисперсии света, но и испускание, и поглощение света.

Несмотря на очевидные успехи теорий Максвелла и Лоренца, они были несколько противоречивы и, при их применении на практике встречался ряд трудностей. В частности, эти теории не могли объяснить законов теплового излучения, фотоэффекта, а также многих вопросов взаимодействия света с веществом.

Основные затруднения этих теорий были устранены в квантовой теории, основы которой были заложены М.Планком. А.Эйнштейн в 1905 году создал квантовую теорию света, согласно которой распространение света происходит в виде потока световых квантов - фотонов, энергия которых пропорциональна частоте излучения.

Квантовые представления прекрасно объясняют законы излучения и поглощения света, но в то же время явления интерференции и дифракции света могут быть объяснены только в рамках волновой теории.

Таким образом, все многообразие изученных свойств и законов распространения света, его взаимодействия с веществом показывает, что свет имеет сложную природу и обладает корпускулярно-волновым дуализмом.