เบาคืออะไร? คำถามนี้มีความสนใจมนุษยชาติในทุกยุคทุกสมัย แต่เฉพาะในศตวรรษที่ 20 ของยุคของเราเท่านั้นที่สามารถชี้แจงให้กระจ่างเกี่ยวกับธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้ได้ บทความนี้จะเน้นที่ทฤษฎีเกี่ยวกับร่างกายของแสง ข้อดีและข้อเสียของแสง
จากนักปรัชญาโบราณสู่คริสเตียน ฮอยเกนส์และไอแซก นิวตัน
หลักฐานบางอย่างที่คงอยู่มาจนถึงยุคของเราบอกว่าผู้คนเริ่มสนใจธรรมชาติของแสงในอียิปต์โบราณและกรีกโบราณ ตอนแรกเชื่อกันว่าวัตถุเปล่งภาพตัวเอง อย่างหลังเมื่อเข้าตามนุษย์สร้างความประทับใจให้มองเห็นวัตถุ
จากนั้น ระหว่างการก่อตัวของความคิดเชิงปรัชญาในกรีซ ทฤษฎีใหม่ของอริสโตเติลก็ปรากฏขึ้น ผู้ซึ่งเชื่อว่าแต่ละคนเปล่งแสงออกมาจากดวงตา ทำให้เขาสามารถ "รู้สึก" วัตถุได้
ยุคกลางไม่ได้นำความกระจ่างมาสู่ประเด็นที่กำลังพิจารณา ความสำเร็จใหม่มาเฉพาะกับยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาและการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 17 มีทฤษฎีสองทฤษฎีที่ตรงข้ามกันอย่างสิ้นเชิงปรากฏขึ้นซึ่งพยายามอธิบายปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับแสง เรากำลังพูดถึงทฤษฎีคลื่นของ Christian Huygens และทฤษฎีเกี่ยวกับร่างกายของ Isaac Newton
แม้จะประสบความสำเร็จในทฤษฎีคลื่น แต่ก็ยังมีข้อบกพร่องที่สำคัญอยู่หลายประการ:
- เชื่อว่าแสงแพร่กระจายในอีเธอร์ซึ่งไม่มีใครค้นพบ
- ลักษณะขวางของคลื่นหมายความว่าอีเธอร์ต้องเป็นตัวกลางที่มั่นคง
เมื่อคำนึงถึงข้อบกพร่องเหล่านี้และเมื่อพิจารณาจากอำนาจมหาศาลของนิวตันในขณะนั้น ทฤษฎีของอนุภาค-เม็ดโลหิตก็เป็นที่ยอมรับอย่างเป็นเอกฉันท์ในแวดวงนักวิทยาศาสตร์
แก่นแท้ของทฤษฎีมวลกายของแสง
ความคิดของนิวตันนั้นเรียบง่ายที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้: หากวัตถุและกระบวนการทั้งหมดรอบตัวเราถูกอธิบายโดยกฎของกลศาสตร์แบบคลาสสิก ซึ่งวัตถุที่มีมวลจำกัดมีส่วนร่วม แสงก็เป็นอนุภาคหรือเม็ดเล็กๆ ขนาดเล็กเช่นกัน พวกเขาเคลื่อนที่ไปในอวกาศด้วยความเร็วที่กำหนด หากพบสิ่งกีดขวาง พวกมันจะถูกสะท้อนจากมัน ตัวอย่างหลังอธิบายการมีอยู่ของเงาบนวัตถุ ความคิดเกี่ยวกับแสงเหล่านี้คงอยู่จนถึงต้นศตวรรษที่ 19 นั่นคือประมาณ 150 ปี
น่าสนใจที่จะสังเกตว่า Lomonosov ใช้ทฤษฎีนิวโทเนียน corpuscular ทฤษฎีในกลางศตวรรษที่ 18 เพื่ออธิบายพฤติกรรมของก๊าซ ซึ่งอธิบายไว้ในงาน "องค์ประกอบของเคมีคณิตศาสตร์" Lomonosov ถือว่าก๊าซประกอบด้วยอนุภาคของเม็ดเลือด
ทฤษฎีของนิวตันอธิบายอะไร
แนวคิดที่ร่างไว้เกี่ยวกับการสร้างแสงขั้นตอนใหญ่ในการทำความเข้าใจธรรมชาติของมัน ทฤษฎี corpuscles ของนิวตันสามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่อไปนี้ได้:
- การแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน อันที่จริง หากไม่มีแรงภายนอกกระทำการกับวัตถุที่เคลื่อนที่ของแสง สถานะของมันก็สามารถอธิบายได้สำเร็จโดยกฎของกลศาสตร์คลาสสิกฉบับแรกของนิวโทเนียน
- ปรากฏการณ์สะท้อน เมื่อกระทบกับส่วนต่อประสานระหว่างสื่อทั้งสอง เม็ดโลหิตสัมผัสกับการชนกันที่ยืดหยุ่นอย่างยิ่ง ซึ่งเป็นผลมาจากการที่โมดูลัสของโมเมนตัมถูกรักษาไว้ และสะท้อนกลับในมุมเท่ากับมุมตกกระทบ
- ปรากฏการณ์การหักเหของแสง นิวตันเชื่อว่าการแทรกซึมเข้าไปในตัวกลางที่หนาแน่นกว่าจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า (เช่น จากอากาศสู่น้ำ) เม็ดโลหิตจะเร่งตัวขึ้นเนื่องจากการดึงดูดของโมเลกุลของตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูง ความเร่งนี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในวิถีที่เข้าใกล้ปกติ กล่าวคือ จะสังเกตเห็นเอฟเฟกต์การหักเหของแสง
- การมีอยู่ของดอกไม้ ผู้สร้างทฤษฎีนี้เชื่อว่าสีที่สังเกตได้แต่ละสีนั้นสอดคล้องกับ "สี" ของตัวมันเอง
ปัญหาของทฤษฎีที่ระบุและกลับสู่แนวคิดของ Huygens
พวกมันเริ่มปรากฏขึ้นเมื่อมีการค้นพบเอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องกับแสงใหม่ ปัจจัยหลักคือการเลี้ยวเบน (เบี่ยงเบนจากการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรงเมื่อลำแสงผ่านร่อง) และการรบกวน (ปรากฏการณ์ของวงแหวนของนิวตัน) ด้วยการค้นพบคุณสมบัติของแสงเหล่านี้ นักฟิสิกส์ในศตวรรษที่ 19 เริ่มระลึกถึงงานของ Huygens
ในศตวรรษที่ 19 เดียวกัน ฟาราเดย์และเลนซ์ได้ตรวจสอบคุณสมบัติของสนามไฟฟ้ากระแสสลับ (แม่เหล็ก) และMaxwell ดำเนินการคำนวณที่เกี่ยวข้อง ผลที่ได้คือได้รับการพิสูจน์แล้วว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวาง ซึ่งไม่ต้องการอีเธอร์ในการดำรงอยู่ เนื่องจากสนามที่ก่อตัวขึ้นนั้นสร้างกันและกันในกระบวนการแพร่กระจาย
การค้นพบใหม่เกี่ยวกับแสงและความคิดของ Max Planck
ดูเหมือนว่าทฤษฎีเกี่ยวกับร่างกายของนิวตันจะถูกฝังไว้อย่างสมบูรณ์แล้ว แต่ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ผลลัพธ์ใหม่ปรากฏขึ้น: ปรากฎว่าแสงสามารถ "ดึง" อิเล็กตรอนออกจากสสารและกดดันร่างกายได้เมื่อ ตกอยู่กับพวกเขา ปรากฏการณ์เหล่านี้ซึ่งมีการเพิ่มสเปกตรัมที่เข้าใจยากของวัตถุสีดำเข้าไป ทฤษฎีคลื่นกลับกลายเป็นว่าไม่มีอำนาจที่จะอธิบาย
Max Planck พบวิธีแก้ปัญหา เขาแนะนำว่าแสงมีปฏิสัมพันธ์กับอะตอมของสสารในรูปของส่วนเล็ก ๆ ซึ่งเขาเรียกว่าโฟตอน พลังงานของโฟตอนสามารถกำหนดได้โดยสูตร:
E=hv.
ที่ไหน v - ความถี่โฟตอน h - ค่าคงที่พลังค์ Max Planck ต้องขอบคุณแนวคิดเรื่องแสงนี้ ที่ได้วางรากฐานสำหรับการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ใช้ความคิดของพลังค์อธิบายปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริกในปี 1905 Niels Bohr - ในปี 1912 ให้เหตุผลสำหรับสเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดกลืนของอะตอม และคอมป์ตัน - ในปี 1922 ค้นพบผลกระทบที่ตอนนี้เป็นชื่อของเขา นอกจากนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งพัฒนาโดย Einstein ได้อธิบายบทบาทของแรงโน้มถ่วงในการเบี่ยงเบนจากการแพร่กระจายเชิงเส้นของลำแสง
ดังนั้น ผลงานของนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ในต้นศตวรรษที่ 20 ได้รื้อฟื้นแนวคิดของนิวตันเกี่ยวกับแสงสว่างในศตวรรษที่ 17
ทฤษฎีคลื่นกล้ามเนื้อของแสง
เบาคืออะไร? มันเป็นอนุภาคหรือคลื่น? ในระหว่างการแพร่กระจายของมัน ไม่ว่าในสื่อหรือในที่โล่ง แสงแสดงคุณสมบัติของคลื่น เมื่อพิจารณาถึงปฏิสัมพันธ์กับสสารแล้ว จะมีลักษณะเหมือนอนุภาควัตถุ ดังนั้น ในปัจจุบัน ในแง่ของแสง เป็นเรื่องปกติที่จะพูดถึงความเป็นคู่ของคุณสมบัติของมัน ซึ่งอธิบายไว้ภายในกรอบของทฤษฎีคลื่นกล้ามเนื้อ
อนุภาคของแสง - โฟตอนไม่มีประจุหรือมวลอยู่นิ่ง ลักษณะสำคัญของมันคือพลังงาน (หรือความถี่ซึ่งก็เหมือนกัน ถ้าคุณใส่ใจกับนิพจน์ข้างต้น) โฟตอนเป็นวัตถุกลควอนตัม เช่นเดียวกับอนุภาคมูลฐานใดๆ (อิเล็กตรอน โปรตอน นิวตรอน) ดังนั้นจึงมีโมเมนตัมราวกับว่ามันเป็นอนุภาค แต่ไม่สามารถแปลเป็นภาษาท้องถิ่นได้ (กำหนดพิกัดที่แน่นอน) ราวกับว่ามันเป็น เวฟ
