Işık nedir? Bu soru, tüm çağlar boyunca insanlığı ilgilendirmiştir, ancak bu olgunun doğası hakkında çok şey açıklığa kavuşturmak, çağımızın yalnızca 20. yüzyılında mümkün olmuştur. Bu makale ışığın cisimcik teorisine, avantajlarına ve dezavantajlarına odaklanacaktır.
Eski filozoflardan Christian Huygens ve Isaac Newton'a
Zamanımıza ulaşan bazı kanıtlar, insanların eski Mısır ve antik Yunanistan'da ışığın doğasıyla ilgilenmeye başladığını söylüyor. İlk başta nesnelerin kendi görüntülerini yaydığına inanılıyordu. İkincisi, insan gözünün içine girerek nesnelerin görünürlüğü izlenimini yaratır.
Sonra, Yunanistan'da felsefi düşüncenin oluşumu sırasında, her insanın nesneleri "hissedebildiği" için gözlerden bazı ışınlar yaydığına inanan Aristoteles'in yeni bir teorisi ortaya çıktı.
Orta Çağ, ele alınan konuya herhangi bir açıklık getirmedi, yeni başarılar ancak Rönesans ve bilimdeki devrim ile geldi. Özellikle, 17. yüzyılın ikinci yarısında, tamamen zıt iki teori ortaya çıktı. Işıkla ilgili olayları açıklar. Christian Huygens'in dalga teorisinden ve Isaac Newton'un cisimcik teorisinden bahsediyoruz.
Dalga teorisinin bazı başarılarına rağmen, yine de bir takım önemli eksiklikleri vardı:
- Işığın, hiç kimse tarafından keşfedilmemiş olan eterde yayıldığına inanıyordu;
- dalgaların enine doğası, eterin katı bir ortam olması gerektiği anlamına geliyordu.
Bu eksiklikler göz önünde bulundurularak ve o dönemde Newton'un büyük otoritesi de göz önüne alındığında, parçacıklar-parçacıklar teorisi bilim adamları çemberinde oybirliği ile kabul edildi.
Işığın cisimcik teorisinin özü
Newton'un fikri olabildiğince basittir: Etrafımızdaki tüm cisimler ve süreçler, sonlu kütleli cisimlerin katıldığı klasik mekanik yasalarıyla tanımlanıyorsa, ışık da küçük parçacıklar veya cisimciklerdir. Uzayda belli bir hızla hareket ederler, bir engelle karşılaşırlarsa oradan yansırlar. İkincisi, örneğin, bir nesne üzerinde bir gölgenin varlığını açıklar. Işıkla ilgili bu fikirler 19. yüzyılın başlarına kadar yani yaklaşık 150 yıl sürmüştür.
Lomonosov'un "Matematiksel Kimyanın Elementleri" adlı çalışmasında açıklanan gazların davranışını açıklamak için 18. yüzyılın ortalarında Newtoncu cisimcik teorisini kullandığını belirtmek ilginçtir. Lomonosov, gazın parçacık parçacıklarından oluştuğunu düşündü.
Newton teorisi neyi açıkladı?
Işıkla ilgili özetlenen fikirlerdoğasını anlamak için büyük bir adım. Newton'un cisimcikler teorisi aşağıdaki fenomenleri açıklayabildi:
- Işığın homojen bir ortamda doğrusal yayılımı. Gerçekten de, hareket eden bir ışık cismi üzerine hiçbir dış kuvvet etki etmiyorsa, durumu klasik mekaniğin birinci Newton yasasıyla başarılı bir şekilde tanımlanır.
- Yansıma olgusu. İki ortam arasındaki arayüze çarptığında, cisimcik kesinlikle esnek bir çarpışma yaşar, bunun sonucunda momentum modülü korunur ve kendisi gelme açısına eşit bir açıyla yansıtılır.
- Kırılma olgusu. Newton, daha az yoğun olandan daha yoğun bir ortama (örneğin, havadan suya) nüfuz ederek, yoğun ortamın moleküllerinin çekiciliği nedeniyle cismin hızlandığına inanıyordu. Bu ivme, yörüngesinde normale daha yakın bir değişikliğe yol açar, yani bir kırılma etkisi gözlenir.
- Çiçeklerin varlığı. Teorinin yaratıcısı, gözlemlenen her rengin kendi "renk" cisimciğine karşılık geldiğine inanıyordu.
Belirtilen teorinin sorunları ve Huygens'in fikrine dönüş
Işıkla ilgili yeni efektler keşfedildiğinde ortaya çıkmaya başladılar. Başlıcaları kırınım (bir ışın bir yarıktan geçtiğinde ışığın doğrusal yayılımından sapma) ve girişimdir (Newton halkaları olgusu). Işığın bu özelliklerinin keşfiyle birlikte 19. yüzyılda fizikçiler Huygens'in çalışmalarını hatırlamaya başladılar.
Aynı 19. yüzyılda, Faraday ve Lenz alternatif elektrik (manyetik) alanların özelliklerini araştırdılar veMaxwell ilgili hesaplamaları yaptı. Sonuç olarak ışığın, kendisini oluşturan alanlar yayılma sürecinde birbirini ürettiği için varlığı için ethere ihtiyaç duymayan bir elektromanyetik enine dalga olduğu kanıtlanmıştır.
Işıkla ilgili yeni keşifler ve Max Planck'ın fikri
Newton'un cisimcik teorisi zaten tamamen gömülmüş gibi görünüyor, ancak 20. yüzyılın başında yeni sonuçlar ortaya çıkıyor: Işığın elektronları maddeden "çekebildiği" ve cisimlere baskı uyguladığı ortaya çıktı. üzerlerine düşer. Kara cismin anlaşılmaz bir tayfının eklendiği bu fenomenler, dalga teorisinin açıklamakta aciz kaldığı ortaya çıktı.
Çözüm Max Planck tarafından bulundu. Işığın, maddenin atomlarıyla foton adını verdiği küçük parçalar biçiminde etkileştiğini öne sürdü. Bir fotonun enerjisi şu formülle belirlenebilir:
E=hv.
Nerede v - foton frekansı, h - Planck sabiti. Max Planck, bu ışık fikri sayesinde kuantum mekaniğinin gelişiminin temellerini attı.
Planck'ın fikrini kullanarak, Albert Einstein 1905'te fotoelektrik etki fenomenini açıklıyor, Niels Bohr - 1912'de atomik emisyon ve absorpsiyon spektrumları için bir mantık sunuyor ve Compton - 1922'de şimdi adını taşıyan etkiyi keşfediyor. Ek olarak, Einstein tarafından geliştirilen görelilik teorisi, bir ışık huzmesinin lineer yayılımından sapmada yerçekiminin rolünü açıkladı.
Böylece, 20. yüzyılın başlarındaki bu bilim adamlarının çalışmaları, Newton'un17. yüzyılda ışık.
Işığın cisimsel dalga teorisi
Işık nedir? Parçacık mı yoksa dalga mı? Yayılımı sırasında, ister bir ortamda ister havasız uzayda olsun, ışık bir dalganın özelliklerini sergiler. Madde ile etkileşimi düşünüldüğünde, maddesel bir parçacık gibi davranır. Bu nedenle, şu anda ışıkla ilgili olarak, parçacık-dalga teorisi çerçevesinde açıklanan özelliklerinin dualizmi hakkında konuşmak gelenekseldir.
Bir ışık parçacığı - bir fotonun hareketsiz haldeyken ne yükü ne de kütlesi vardır. Başlıca özelliği enerjidir (veya yukarıdaki ifadeye dikkat ederseniz aynı şey olan frekans). Bir foton, herhangi bir temel parçacık (elektron, proton, nötron) gibi kuantum mekanik bir nesnedir, bu nedenle bir parçacıkmış gibi bir momentuma sahiptir, ancak sanki bir parçacıkmış gibi lokalize edilemez (tam koordinatları belirleyin). dalga.
