Природознавство. 11 клас. Ільченко
Розділ 2. Хвильова і квантова оптика. Атомна і ядерна фізика
§ 13. Вступ. Розвиток уявлень про природу світла
З розділу 1 ви вже знаєте, що світло — електромагнітна хвиля.
І. Ньютон у 1672 р. висловив припущення про корпускулярну природу світла. Проти корпускулярної теорії світла виступали сучасники Ньютона — Р. Гук і X. Гюйгенс, що розробили хвильову теорію світла. Розкриттю природи світла допомогло визначення швидкості світла.
Гюйгенс Хрістіан (1629-1695) — видатний голландський фізик і математик, творець першої хвильової теорії світла. Основи цієї теорії Гюйгенс виклав у «Трактаті про світло» (1690).
Швидкість світла. Першим великим успіхом у вивченні природи світла було здійснення вимірювання швидкості світла.
Найпростіший спосіб визначення швидкості світла полягає у вимірюванні часу поширення світлового сигналу на відому відстань.
Однак спроби здійснення такого роду дослідів закінчувалися невдачею, ніякого запізнювання світла навіть при відстані кілька кілометрів до дзеркала, від якого відбивався посланий сигнал, знайти не вдавалося.
Вперше швидкість світла була визначена астрономічним методом. Датський вчений Олаф Ремер (1644-1710) у 1676 р. виявив, що при зміні відстані між Землею і планетою Юпітер унаслідок їхнього обертання навколо Сонця відбувається зміна періодичності появи супутника Юпітера Іо з його тіні (мал. 2.38). У тому випадку, коли Земля знаходиться по іншу сторону від Сонця стосовно Юпітера, супутник Іо з’являється після Юпітера на 22 хв. пізніше, ніж це повинно відбутися за розрахунками. Ремер здогадався, що причиною запізнення появи супутника Юпітера при збільшенні відстані між Землею і Юпітером є скінченна величина швидкості поширення світла. При переміщенні Землі на протилежну сторону її орбіти відстань між Землею і Юпітером збільшувалося на діаметр земної орбіти, тобто на 300 млн. км. Розділивши цю відстань на удаваний час запізнення, Ремер знайшов, що швидкість світла перевищує 200000 км/с.
Мал. 2.38. До визначення швидкості світла
Більш точні виміри показують, що швидкість світла дорівнює 299792 км/с або приблизно 300000 км/с.
Електромагнітна природа світла. Одним з найбільш важливих для хвильової теорії світла було питання про те, що ж коливається при поширенні світлових хвиль у середовищі, в якому вони поширюються.
На питання про природу світла і механізм його поширення давала відповідь гіпотеза Максвелла. На підставі збігу експериментально визначеного значення швидкості світла у вакуумі зі значенням швидкості поширення електромагнітних хвиль Максвелл висловив припущення, що світло — електромагнітна хвиля.
Ця гіпотеза підтверджується багатьма експериментальними фактами. Уявленням електромагнітної теорії світла цілком відповідають експериментально відкриті закони відбивання і заломлення світла, явища інтерференції, дифракції і поляризація світла.
Корпускулярно-хвильовий дуалізм. Закони фотоефекту, явища взаємодії світла з речовиною електромагнітна теорія світла пояснити не може. У XX ст. у фізиці утвердилося уявлення про корпускулярно-хвильовий дуалізм властивостей світла.
Той факт, що світло в одних дослідах виявляє хвильові властивості, а в інших — корпускулярні, означає, що природа світла більш складна, ніж природа звичних нам об’єктів навколишнього світу. Світло не є сукупністю частинок. Не можна його уявляти і подібним до звукових хвиль або хвиль на поверхні води.
У будь-яких світлових явищах при глибокому їх вивченні виявляється нерозривний зв’язок корпускулярних і хвильових властивостей світла.
Світло — електромагнітна хвиля, яка у вакуумі поширюється із швидкістю 300000 км/с. Розвиток уявлень про природу світла доводить, що світло має одночасно властивості хвилі і частинки.
Перевірте себе
- 1. Чому дорівнює швидкість світла?
- 2. Як вперше була визначена швидкість світла?
- 3. Які явища підтверджують хвильові властивості світла?
- 4. Які світлові явища не змогла пояснити хвильова теорія світла?
Поміркуйте
- 1. Чому для визначення швидкості світла були обрані космічні об’єкти?
- 2. Пригадайте, які світлові явища відбуваються на межі двох середовищ та яким законам вони підлягають.
- 3. Як змінюється енергія пучка світла на межі двох середовищ?
