Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

СВІТЛО: частинка & хвиля

Досить звична, на перший погляд, цілком зрозуміла й буденна тема — і, водночас, досить загадкова та важлива. Що дає нам світло? Можливість бачити світ навколо нас! Понад 90 % інформації про навколишній світ людина одержує завдяки зору! То що таке світло? Століттями поміж ученими тривали суперечки про природу світла. Світло стало для науковців одним з «найміцніших горішків», його навіть називали «темною плямою у фізиці»! Чи готові ви розкривати таємниці світла?

ВИ НАВЧИТЕСЯ

Називати хвильові та квантові властивості світла.

Наводити приклади інтерференції й дифракції світла, практичного застосування поляризації та дисперсії світла.

Пояснювати квантову та хвильову природу світла; механізм випромінювання й поглинання світла; явище фотоефекту.

Розрізняти спектри поглинання й випромінювання.

На прикладі світла описувати властивості хвиль, розрізняти способи опису об’єктів і систем: дискретний і неперервний.

Проводити прості експериментальні дослідження хвильової природи світла.

СУПЕРЕЧКА ВІКІВ: СВІТЛО — ЦЕ ХВИЛЯ ЧИ ЧАСТИНКА?

Століттями тривали поміж ученими суперечки про природу світла. Світло стало для них одним з «найміцніших горішків», його навіть називали «темною плямою у фізиці»!

Наприкінці ХVII ст. Рене Декарт (1596—1650, Франція, Швеція), Роберт Гук (1635—1703, Велика Британія), Християн Гюйгенс (1629—1695, Голландія) доводили, що світло — це хвилі, подібні до механічних, наприклад звукових. Тільки от звук поширюється в повітрі. А щоб пояснити, як поширюється світло, учені припускали, що є спеціальне (невидиме й невідчутне) середовище — ефір, що заповнює весь простір і проникає всередину всіх тіл. Ця теорія добре пояснювала перетинання світлових потоків, коли вони вільно проходять один крізь інший, без обопільного впливу, так само, як будь-яка кількість звукових хвиль може одночасно поширюватися повітрям без перешкод одна одній. Добре пояснювала й такі хвильові процеси, як відбиття й заломлення хвиль, явища дифракції та інтерференції. Основний недолік хвильової теорії полягав у тому, що вона потребувала існування певного середовища — ефіру.

На початку ХVII ст. Ісаак Ньютон висунув іншу, так звану корпускулярну теорію світла, згідно з якою світло — це потік частинок (Ньютон назвав їх корпускулами), які рухаються за законами класичної механіки. У вільному просторі корпускули рухаються прямолінійно зі сталою швидкістю (за інерцією), тобто так, як і мають рухатися частинки без взаємодії згідно з першим законом Ньютона. Теорія Ньютона пояснювала прямолінійне поширення світла, утворення за предметами різких тіней. Однак перетинання світлових потоків пояснити не могла.

Обидві теорії тривалий час існували паралельно, проте таємниці природи світла з’ясовано не було.

Християн Гюйгенс (1629—1695) 1678 р. Хвильова теорія світла

Хвиля!

Ісаак Ньютон (1643—1727) 1704 р. Корпускулярна теорія світла

Частинка!

Джеймс Кларк Максвелл (1831—1879) 1865 р. Світло — електромагнітна хвиля

Хвиля!!!

Альберт Ейнштейн (1879—1955) 1905 р. Світло — це потік фотонів

Частинка!!!

Нарешті у другій половині ХІХ ст., у 1865 р., фізик Джеймс Максвелл (1831—1879, Велика Британія) висловив припущення щодо електромагнітної природи світла й переконливо показав, що світло є окремим випадком електромагнітних хвиль.

Однак на початку ХХ ст. знову довелося повернутися до уявлення про корпускулярну природу світла. У 1905 р. Альберт Ейнштейн, під час пояснення явища фотоефекту, довів, що під час випромінювання й поглинання світло поводить себе подібно до потоку частинок (квантів енергії), які дістали назву фотонів.

То що ж таке світло: частинки чи хвиля? Річ у тім, що світло насправді поводить себе, як потік фотонів (у разі випромінювання й поглинання) і як електромагнітна хвиля — у процесі поширення. Прояв у поведінці одного й того самого об’єкта як корпускулярних, так і хвильових властивостей, як ми вже знаємо, було названо корпускулярно-хвильовим дуалізмом.