Ano ang liwanag? Ang tanong na ito ay interesado sa sangkatauhan sa lahat ng edad, ngunit sa ika-20 siglo lamang ng ating panahon ay posible na linawin ang marami tungkol sa likas na katangian ng hindi pangkaraniwang bagay na ito. Ang artikulong ito ay tumutuon sa corpuscular theory ng liwanag, ang mga pakinabang at disadvantage nito.
Mula sa mga sinaunang pilosopo hanggang kina Christian Huygens at Isaac Newton
Ilang ebidensya na nakaligtas hanggang sa ating panahon ay nagsasabi na ang mga tao ay nagsimulang maging interesado sa likas na katangian ng liwanag sa sinaunang Egypt at sinaunang Greece. Noong una ay pinaniniwalaan na ang mga bagay ay naglalabas ng mga larawan ng kanilang sarili. Ang huli, sa pagpasok sa mata ng tao, ay lumikha ng impresyon ng visibility ng mga bagay.
Pagkatapos, sa panahon ng pagbuo ng pilosopikal na pag-iisip sa Greece, lumitaw ang isang bagong teorya ni Aristotle, na naniniwala na ang bawat tao ay naglalabas ng ilang mga sinag mula sa mga mata, salamat sa kung saan maaari niyang "maramdaman" ang mga bagay.
Ang Middle Ages ay hindi nagbigay ng anumang kaliwanagan sa isyung isinasaalang-alang, ang mga bagong tagumpay ay dumating lamang sa Renaissance at ang rebolusyon sa agham. Sa partikular, sa ikalawang kalahati ng ika-17 siglo, dalawang ganap na magkasalungat na teorya ang lumitaw, na naghangad naipaliwanag ang mga phenomena na nauugnay sa liwanag. Pinag-uusapan natin ang wave theory ni Christian Huygens at ang corpuscular theory ni Isaac Newton.
Sa kabila ng ilang tagumpay ng wave theory, mayroon pa rin itong ilang mahahalagang pagkukulang:
- naniwala na ang liwanag ay lumaganap sa eter, na hindi kailanman natuklasan ng sinuman;
- ang transverse na katangian ng mga alon ay nangangahulugan na ang eter ay kailangang maging solidong medium.
Isinasaalang-alang ang mga pagkukulang na ito, at dahil din sa malaking awtoridad ni Newton noong panahong iyon, ang teorya ng particles-corpuscles ay tinanggap nang nagkakaisa sa bilog ng mga siyentipiko.
Ang esensya ng corpuscular theory of light
Ang ideya ni Newton ay kasing simple hangga't maaari: kung ang lahat ng katawan at proseso sa paligid natin ay inilalarawan ng mga batas ng klasikal na mekanika, kung saan ang mga katawan ng may hangganang masa ay nakikilahok, kung gayon ang liwanag ay maliliit ding particle o corpuscles. Lumipat sila sa espasyo sa isang tiyak na bilis, kung nakatagpo sila ng isang balakid, makikita sila mula dito. Ang huli, halimbawa, ay nagpapaliwanag ng pagkakaroon ng anino sa isang bagay. Ang mga ideyang ito tungkol sa liwanag ay tumagal hanggang sa simula ng ika-19 na siglo, ibig sabihin, mga 150 taon.
Nakakatuwang tandaan na ginamit ni Lomonosov ang Newtonian corpuscular theory noong kalagitnaan ng ika-18 siglo upang ipaliwanag ang pag-uugali ng mga gas, na inilarawan sa kanyang akdang "Mga Elemento ng Mathematical Chemistry". Itinuring ni Lomonosov na ang gas ay binubuo ng mga corpuscle particle.
Ano ang ipinaliwanag ng teoryang Newtonian?
Ang mga nakabalangkas na ideya tungkol sa liwanag na ginawaisang malaking hakbang sa pag-unawa sa kalikasan nito. Ang teorya ng corpuscles ni Newton ay nakapagpaliwanag ng mga sumusunod na penomena:
- Rectilinear propagation ng liwanag sa isang homogenous na medium. Sa katunayan, kung walang mga puwersang panlabas na kumikilos sa isang gumagalaw na corpuscle ng liwanag, kung gayon ang estado nito ay matagumpay na inilalarawan ng unang Newtonian na batas ng klasikal na mekanika.
- Ang phenomenon ng reflection. Ang pagpindot sa interface sa pagitan ng dalawang media, ang corpuscle ay nakakaranas ng ganap na elastic na banggaan, bilang isang resulta kung saan ang modulus ng momentum nito ay napanatili, at ito mismo ay makikita sa isang anggulo na katumbas ng anggulo ng saklaw.
- Ang phenomenon ng repraksyon. Naniniwala si Newton na ang pagtagos sa isang mas siksik na daluyan mula sa isang hindi gaanong siksik (halimbawa, mula sa hangin patungo sa tubig), ang corpuscle ay nagpapabilis dahil sa pagkahumaling ng mga molekula ng siksik na daluyan. Ang acceleration na ito ay humahantong sa isang pagbabago sa trajectory nito na mas malapit sa normal, iyon ay, isang refraction effect ang naobserbahan.
- Ang pagkakaroon ng mga bulaklak. Naniniwala ang lumikha ng teorya na ang bawat naobserbahang kulay ay tumutugma sa sarili nitong "kulay" na corpuscle.
Mga problema ng nakasaad na teorya at bumalik sa ideya ni Huygens
Nagsimula silang lumabas nang may natuklasang mga bagong epektong nauugnay sa liwanag. Ang mga pangunahing ay ang diffraction (paglihis mula sa rectilinear propagation ng liwanag kapag ang isang sinag ay dumaan sa isang slit) at interference (ang phenomenon ng Newton's rings). Sa pagkatuklas ng mga katangiang ito ng liwanag, nagsimulang alalahanin ng mga physicist noong ika-19 na siglo ang gawain ni Huygens.
Sa parehong ika-19 na siglo, sinisiyasat nina Faraday at Lenz ang mga katangian ng mga alternating electric (magnetic) na field, atIsinagawa ni Maxwell ang kaukulang mga kalkulasyon. Bilang resulta, napatunayan na ang liwanag ay isang electromagnetic transverse wave, na hindi nangangailangan ng eter para sa pagkakaroon nito, dahil ang mga field na bumubuo nito ay bumubuo sa isa't isa sa proseso ng pagpapalaganap.
Mga bagong tuklas na nauugnay sa liwanag at ideya ni Max Planck
Mukhang ganap na nabaon ang corpuscular theory ni Newton, ngunit sa simula ng ika-20 siglo ay lilitaw ang mga bagong resulta: lumalabas na ang liwanag ay maaaring "magbunot" ng mga electron mula sa materya at magbigay ng presyon sa mga katawan kapag ito. nahuhulog sa kanila. Ang mga phenomena na ito, kung saan idinagdag ang isang hindi maintindihan na spectrum ng isang itim na katawan, ang wave theory ay naging walang kapangyarihang ipaliwanag.
Ang solusyon ay natagpuan ni Max Planck. Iminungkahi niya na ang liwanag ay nakikipag-ugnayan sa mga atomo ng bagay sa anyo ng maliliit na bahagi, na tinawag niyang mga photon. Ang enerhiya ng isang photon ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng formula:
E=hv.
Kung saan ang v - dalas ng photon, h - pare-pareho ng Planck. Si Max Planck, salamat sa ideyang ito ng liwanag, ay naglatag ng pundasyon para sa pagbuo ng quantum mechanics.
Gamit ang ideya ni Planck, ipinaliwanag ni Albert Einstein ang kababalaghan ng photoelectric effect noong 1905, Niels Bohr - noong 1912 ay nagbibigay ng katwiran para sa atomic emission at absorption spectra, at Compton - noong 1922 ay natuklasan ang epekto na taglay ngayon sa kanyang pangalan. Bilang karagdagan, ipinaliwanag ng teorya ng relativity na binuo ni Einstein ang papel ng gravity sa paglihis mula sa linear propagation ng isang sinag ng liwanag.
Kaya, ang gawain ng mga siyentipikong ito noong unang bahagi ng ika-20 siglo ay muling binuhay ang mga ideya ni Newton tungkol saliwanag noong ika-17 siglo.
Corpuscular-wave theory of light
Ano ang liwanag? Ito ba ay isang butil o isang alon? Sa panahon ng pagpapalaganap nito, maging sa isang daluyan o sa walang hangin na espasyo, ang liwanag ay nagpapakita ng mga katangian ng isang alon. Kapag ang mga pakikipag-ugnayan nito sa bagay ay isinasaalang-alang, ito ay kumikilos tulad ng isang materyal na butil. Samakatuwid, sa kasalukuyan, may kinalaman sa liwanag, kaugalian na pag-usapan ang tungkol sa dualismo ng mga katangian nito, na inilalarawan sa loob ng balangkas ng teoryang corpuscular-wave.
Isang particle ng liwanag - ang photon ay walang charge o mass sa rest. Ang pangunahing katangian nito ay enerhiya (o dalas, na kung saan ay ang parehong bagay, kung bibigyan mo ng pansin ang expression sa itaas). Ang photon ay isang quantum mechanical object, tulad ng anumang elementary particle (electron, proton, neutron), samakatuwid ito ay may momentum, na parang ito ay isang particle, ngunit hindi ito ma-localize (tukuyin ang eksaktong mga coordinate), na parang ito ay isang kumaway.
