:: Разделы ::

Что такое свет?

В обыденной речи слово "свет" мы используем в самых разных значениях: свет мой, солнышко, скажи..., ученье - свет, а неученье - тьма... В физике термин "свет" имеет гораздо более определенное значение. В узком смысле свет - это электромагнитные волны, вызывающие в глазу человека зрительные ощущения. Такой способностью обладают только волны с частотами 4·1014 - 8·1014 Гц. Однако, некоторые насекомые, например, пчелы способны видеть ультрафиолетовое излучение. А специальные приборы "ночного видения", часто используемые в военных целях, позволяют человеку видеть мир в инфракрасных лучах.

Эти три вида излучения обладают очень многими схожими свойствами. Поэтому видимое, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения объединяют общим названием - оптические излучения, а раздел физики, занимающийся их изучением, называют оптикой. Таким образом, свет в широком смысле этого слова - это все оптические излучения.

По виду испускаемого излучения источники света разделяют на тепловые и люминесцентные. Тепловые источники светят потому, что сильно нагреты, например, пламя свечи или расплавленный металл на сталелитейном заводе.

Люминесцентный свет иначе называют "холодным светом". Источники этого света имеют невысокую температуру, например, лампа дневного света или экран телевизора. На фотографии изображена рука в резиновой перчатке, держащая колбу с самосветящейся (люминесцирующей) жидкостью.

По происхождению источники света разделяют на искусственные, то есть созданные человеком, и естественные, то есть созданные природой. Примеры искуственных источников вы видите на фотографиях, а примерами естественных источников света являются звезды, вулканы, некоторые насекомые (светлячки) и т.д.

История световых теорий

Спор о природе света начался в конце 17-го века. Английский физик Исаак Ньютон был сторонником корпускулярной теории света, утверждавшей, что свет - поток частиц. Хайгенс создал волновую теорию. Но огромный авторитет Ньютона в научном мире, а также трудности в объяснении явления поляризации привели к тому, что основная часть ученых придерживалась корпускулярной теории, даже после демонстрации явления интерференции в опытах Янга. Волновая теория света была принята только после того, как французский физик Огюстен Френель подкрепил идеи Янга математическими расчетами. Ирландский математик Вильям Гамильтон изучил взаимосвязь между волновой и корпускулярной точками зрения в своей теории, объединяющей оптику и механику.

Ученые разрабатывали математические методики для описания поведения волн в жидкостях и твердых телах, а Френель и его последователи использовали эти методики для разработки теории поперечных волн и объяснения поляризации. Английский физик Джеймс Кларк Максвелл показал, что электрические и магнитные поля взаимовлияют друг на друга таким образом, что позволяют волнам распространяться в пространстве. Уравнения, описывающие эти электромагнитные волны, совпадали с уже известными уравнениями,описывающими свет.

Однако, работа Максвелла оставляла неразрешенной проблему, общую для всех волновых теорий. При нагревании системы энергия равномерно распределяется между всеми ее частями. Если применить эту идею к теории света, то получается, что требуется бесконечно нагревать систему для равного распределения энергии между всеми элементами. Однако, температурные источники требуют абсолютно конечного объема тепла. В 1900 году немецкий физик Макс Планк объяснил это явление, предположив существование световых квантов - строго определенного количества энергии, впоследствии получившего название фотона.

Эйнштейн, в свою очередь, показал как теория Планка может быть использована для объяснения фотоэлектрического эффекта, при котором атом поглощает фотон, обладающий достаточной энергией для освобождения одного из электронов атома. Эйнштейн показал, что скорость высвобожденного электрона зависит не от количества света, а от его частоты. Освобожденный электрон движется быстрее, если он поглотил свет более высокой частоты. Работа Эйнштейна подводила к пониманию того факта, что свет - это не одни только частицы и не одни только волны, а их комбинация.