43. Історичний огляд вчення про світло. Електромагнітна природа світла.

З кінця XVII ст. в оптиці йшла боротьба між корпускулярною і хвильовою теоріями світла. Автор першої (І. Ньютон) вважав світло потоком корпускул (від лат. "софшкиїа" - тільце), які викидаються світним тілом і летять у просторі прямолінійно. З цим уявленням добре узгоджувались відомі на той час закон прямолінійного поширення світла і закон відбивання. Теорія Ньютона пояснювала і закон заломлення світла, причому з неї випливало, що в густішому середовищі світло поширюється з більшою швидкістю, ніж у менш густому.

Хвильову теорію світла запропонував сучасник Ньютона голландський учений X. Гюйгенс. Вона ґрунтувалась на аналогії між світловими явищами і хвилями, які спостерігаємо на поверхні води або іншої рідини. Теорія Гюйгенса була дещо формальною. Вона не пояснювала основного закону - закону прямолінійного поширення світла, її автор не вживав навіть поняття довжини хвилі. З цієї теорії випливало, що швидкість світла велика в менш густих середовищах і має менше значення в більш густих.

Суперечність між корпускулярною і хвильовою теоріями в питанні про швидкість поширення світла була очевидною.

Ньютонівська корпускулярна теорія світла панувала аж до 1818 р. У цьому році на одному із засідань Паризької академії наук розглядалася доповідь О. Френеля, в якій було викладено теорію, що пояснювала прямолінійність поширення світла, при цьому світло розглядалось як потік хвиль. Закон прямолінійного поширення світла, відомий ще за дві тисячі років до Френеля, був обґрунтований з позицій хвильової теорії світла. З цього моменту хвильова теорія надовго запанувала.

Тим часом М. Фарадей показав, що оптичні явища не є ізольованим класом процесів і що існує зв'язок між оптичними і магнітними явищами.

Нарешті, теоретичні дослідження Дж. Максвелла (1865) показали, що зміни електричного і магнітного полів не локалізовані в просторі, а поширюються із швидкістю, яка дорівнює швидкості світла. Цей теоретичний висновок пізніше був підтверджений дослідами Г. Л. Герца і П. М. Лебедєва. Отже, за Максвеллом, світло - електромагнітна хвиля, яка поширюється в середовищі зі швидкістю

де с - швидкість світла у вакуумі; V - швидкість світла в середовищі, яке має відносну діелектричну проникність є і відносну магнітну проникність

Останнє співвідношення зв'язує оптичні, електричні і магнітні характеристики речовини. Але з нього не випливає залежність показника заломлення речовини від довжини світлової хвилі, хоча досліди показують, що така залежність існує (це явище називають дисперсією світла). Теорія Максвелла не могла пояснити це явище. Це зробив Г. А. Лоренц, який створив електронну теорію світла. Однак незабаром було з'ясовано, що за допомогою електронної теорії не всі дослідні факти можна пояснити.

Ці утруднення були пояснені квантовою теорією світла, яку запропо­нував у 1900 р. М. Планк. Теорія Планка, ґрунтуючись на ідеї дискретності всіх процесів, у тому числі й оптичних процесів випромінювання світла, дала можливість пояснити явища, які суперечать теорії Лоренца. Квантову теорію світла далі розвивали в своїх працях А. Ейнштейн, Н. Бор, В. Гей- зенберг, Е. Шредінгер, П. Дірак та ін. На основі сучасних уявлень

світло має подвійну корпускулярно-хвильову природу (корпускулярно-хвильовий дуалізм): з одного боку, воно має хвильові властивості (явища інтерференції, дифракції, поляризації), з другого - це потік частинок - фотонів, які мають нульову масу спокою і рухаються зі швидкістю, яка дорівнює швидкості світла у вакуумі. Корпускулярно- хвильовий дуалізм - це прояв найзагальнішого взаємозв'язку двох основних форм матерії, які вивчає фізика, - речовини і поля.

Під світлом тепер розуміють електромагнітне випромінювання, яке сприймає око людини. Довжина хвиль сприйнятого електромагнітного

випромінювання лежить в інтервалі від 0,38 до 0,76 мкм. У фізиці часто називають світлом і невидимі електромагнітні хвилі, що лежать за межами цього інтервалу: від 0,01 до 340 мкм.

Це пов'язано з тим, що фізичні властивості цих електромагнітних хвиль близькі до властивостей світлових хвиль.У 1873 р. Дж. Максвелл сформулював рівняння, які встановлюють в будь-якій точці простору і в будь-який момент часу зв'язок між значеннями напруженості електричного Е і індукцією магнітного В полів, густин елек­тричного струмів ] і зарядів. З теорії Максвелла випливало, що зміни елект­ричних і магнітного полів взаємозв'язані. На основі цієї теорії було сфор­мульовано найважливіше поняття у фізиці - електромагнітне поле. У рів­няння Максвелла ввійшла швидкість, з якою мають поширюватись у прос­торі змінювані електричне і магнітне поля, тобто електромагнітна хвиля. Ця швидкість дорівнює швидкості світла. Ось що про це сказав Максвелл: "Навряд чи ми можемо уникнути висновку, що світло - це поперечний хви­льовий рух тієї самої природи, яка спричинює електричні і магнітні явища". Отже, на основі своїх теоретичних досліджень Максвелл зробив висновок: світло має електромагнітну природу.