Лабораторная работа № 23

Определение длины световой волны

при помощи колец Ньютона

Краткая теория.

I. Природа света

Свойства света еще в древней Греции привлекали к себе внимание ученых. Было отмечено два основных факта, характеризующих распространение света:

1. Прямолинейность распространения света.

2. Способность световых лучей не возмущать друг друга при пересечении.

Основным вопросом всегда был вопрос о природе света. Только в XVIII веке появляются первые отчетливо сформулированные точки зрения на природу света Ньютона (корпускулярная теория) и Гюйгенса (волновая теория).

Прямолинейность распространения света создала представление о свете как о потоке частиц (корпускул), вылетающих из источника света и движущихся в однородной среде прямолинейно и равномерно. Но такую гипотезу трудно согласовывать с фактом, что световые потоки при пересечении не возмущают друг друга.

Волновая теория света хорошо согласуется с явлением прохождения лучей друг через друга без возмущения. Но основная трудность, которую встречала волновая теория света, состояла в том, что было невозможно объяснить прямолинейность распространения света, т.к. волны при распространении огибают край преграды.

В 1865 г. Максвелл выдвинул гипотезу о том, что свет представляет собой электромагнитные волны. Теория об электромагнитной природе света оказалась очень плодотворной. Основываясь на трудах Гюйгенса, Юнга, Френеля, теория объяснила такие явления, как интерференция, дифракция, прямолинейное распространение света и др. Успехи, достигнутые электромагнитной теорией света в объяснении многих оптических явлений, сделали эту теорию общепризнанной на целое столетие.

Но в дальнейшем выяснилось, что волновая теория не может объяснить многие явления, связанные с взаимодействием света с веществом, такими, как некоторые стороны фотоэффекта, теплового излучения, линейчатых спектров и др. Изучение этих явлений привело к установлению квантовых (дискретных) свойств света и к созданию более углубленных представлений о природе света и строении атома.

По квантовой теории излучение и поглощение энергии происходит отдельными (дискретными) порциями, квантами. Энергия кванта прямо пропорциональна частоте излучения  = h, где h - постоянный множитель, получивший название постоянной Планка,  - частота излучения. Кванты света получили название ф о т о н о в.

Представление о квантах света как о своеобразных частицах, характеризуемых количеством энергии в них заключенной, обладающих массой и количеством движения - атрибутами, свойственными частицам, а не волнам, и в то же время определяемые длиной волны - атрибутом, свойственным волне, а не частице, оказалось необходимым для понимания многих закономерностей. Квантовые представления хорошо согласуются с законами излучения и поглощения света, с законами взаимодействия света и вещества. Но они не могут дать объяснения таким хорошо изученным явлениям, как интерференция, дифракция, поляризация света, хорошо объяснимые волновой теорией.

Все многообразие установленных в настоящее время свойств и законов распространения света и взаимодействия его с веществом показывает, что свет представляет собой сложное явление. В нем сочетаются противоречащие друг другу свойства движения волнового и квантового характера. Таким образом свет представляет собой пример диалектического единства противоположностей, т.е. обладает свойством диализма.