39. Развитие представлений о природе света.

Теория Максвелла как обобщение основных законов электрических и магнитных явлений не только объяснила многие уже известные к тому времени экспериментальные результаты, но и предсказала новые явления, например существование электромагнитных волн – переменного электромагнитного поля, распространяющегося в пространстве с конечной скоростью. В дальнейшем было доказано, что скорость распространения свободного электромагнитного поля в вакууме равна скорости света. Этот вывод и теоретическое исследование св-в электромагнитных волн привели к созданию электромагнитной теории света, в соответствии с которой свет представляет собой электромагнитные волны. Их впервые обнаружил немецкий физик Герц и доказал, что их возникновение и распространение полностью описываются уравнениями Максвелла, а также установил тождественность основных свойств электромагнитных и световых волн. В 1899 г. русский физик Лебедев открыл и измерил давление света, экспериментально подтвердив электромагнитную теорию света. Практическое применение электромагнитных волн началось в 1895 г., когда Попов создал первый радиоприемник, в котором в качестве волн использовался вибратор Герца.

Первые попытки количественно описать оптические явления предприняты гораздо раньше - в конце XVII в. В то время обсуждались две взаимоисключающие гипотезы о природе света: Ньютон предложил корпускулярную гипотезу, согласно которой свет представляет собой поток световых частиц, летящих от светящегося тела по прямолинейным траекториям. А его современник Гюйгенс выдвинул волновую гипотезу: свет – упругая волна, распространяющаяся в мировом эфире. Долгое время теория Ньютона имела гораздо больше приверженцев, чем теория Гюйгенса. Однако в начале XIX в. французскому физику Френелю удалось на основе волновых представлений объяснить многие известные в то время оптические явления. В результате волновая теория света получила всеобщее признание. Долгое время считалось, что свет – это поперечная волна, распространяющаяся в гипотетической упругой среде, заполняющей все мировое пространство и получившей название мирового эфира. В конце XIX- начале XX вв. ряд новых опытов заставил вернуться к представлению об особых световых частицах – фотонах. С тех пор утвердилась концепция корпускулярно-волнового дуализма: свет имеет двойственную природу, сочетая в себе как волновые св-ва, так и св-ва, присущие частицам. В одних явлениях, таких как интерференция, дифракция и поляризация, свет ведет себя как волна, а в других (фотоэффект, эффект Комптона) – как поток частиц – фотонов. В развитии волновой теории света весьма важную роль сыграл принцип, сформулированный Гюйгенсом, а затем развитый Френелем: каждая точка, до которой дошло световое возбуждение, в свою очередь становится источником вторичных волн и передает их во все стороны соседним точкам.

40. Корпускулярно-волновые свойства света.

Волновые св-ва света В развитии волновой теории света весьма важную роль сыграл принцип, сформулированный Гюйгенсом, а затем развитый Френелем: каждая точка, до которой дошло световое возбуждение, в свою очередь становится источником вторичных волн и передает их во все стороны соседним точкам. Наиболее наглядно волновые св-ва света проявляются в явлениях интерференции и дифракции. Интерференция света заключается в том, что при взаимном наложении двух волн происходит усиление или ослабление колебаний. Принцип интерференции впервые сформулировал в 1801 г. английский ученый Юнг. Необходимым условием интерференции является когерентность волн – согласованное протекание колебательных или волновых процессов. Отклонение света от прямолинейного распространения называется дифракцией. На дифракции основаны многие оптические приборы. Волновую природу света подтверждает, кроме того, и поляризация. Сущность поляризации наглядно продемонстрирует следующий опыт: при пропускании света через два прозрачных кристалла его интенсивность изменяется в зависимости от взаимной ориентации кристаллов. При одинаковой ориентации свет проходит без ослабления. При повороте одного из кристаллов на 90⁰ свет полностью гасится, т.е. не проходит через кристаллы. Это явление можно объяснить, считая свет поперечной волной (частицы среды колеблются в направлении перпендикулярном направлению распространения волн). При прохождении через первый кристалл происходит поляризация света, т.е. кристалл пропускает только волны с колебаниями вектора напряженности электрического поля в одной плоскости. Если плоскости, в которые пропускаются колебания первым и вторым кристаллом, совпадают, свет проходит без ослабления. При повороте одного из кристаллов на 90⁰ он гасится. Волновой природой света объясняется и дисперсия света, которая проявляется в том, что узкий параллельный пучок белого света при прохождении через стеклянную призму разлагается на пучки света разного цвета, соответствующие разной длине волны. Зависимость показателя преломления в-ва от длины волны называется дисперсией света. Белый свет состоит из электромагнитных волн с разной длиной волны, и показатель преломления зависит от длины волны.

Квантовые св-ва света В 187 г. Герц заметил, что с поверхности пластины под действием света вырываются отрицательно заряженные частицы. Позднее выяснилось, что заряженные частицы – электроны. Испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения называется фотоэффектом. В 1900 г. Макс Планк высказал гипотезу, согласно которой излучение и поглощение света происходит не непрерывно, а дискретно, т.е. определенными порциями (квантами), энергия E которых определяется частотой v: E = hv (h – постоянная Планка). В 1905 г. Эйнштейн обосновал квантовую природу света: не только излучение света, но и его распространение происходят в виде потока световых квантов – фотонов, энергия которых определяется формулой Планка, а импульс p = mc = h/λ (c – скорость света, λ – длина волны). Квантовые св-ва электромагнитных волн проявляются и в эффекте Комптона: при рассеянии монохроматического рентгеновского излучения в-вом с легкими атомами в составе рассеянного излучения наряду с первоначальной длиной волны наблюдается излучение с более длинной волной. Все св-ва и законы распространения света, его взаимодействие с в–вом показывают, что свет имеет сложную природу: он представляет собой единство противоположных св-в – корпускулярного (квантового) и волнового (электромагнитного).