Что такое свет?

Каждый день мы видим дневной свет. Но, что такое свет? Древние ученые считали, что из глаз человека, животных и других существ выходят особые тонкие щупальца и при ощупывании ими предметов глаз их видит. Более правдоподобную гипотезу о природе света выдвинул 2500 лет назад Пифагор. Он считал, что каждый предмет постоянно испускает во все стороны потоки мелких частиц, которые, попадая в глаза, вызывают ощущения либо света, либо очертаний предметов.

Каждый день мы видим дневной свет. Но, что такое свет?

Вокруг вопроса, что такое свет, возник по-настоящему научный спор в 17 веке между корпускулярной и волновой теориями природы света. Первая связана с именем Исаака Ньютона, а вторая – Христиана Гюйгенса.

Ньютон придерживался корпускулярной теории, согласно которой свет – это поток частиц (корпускул), идущих от источника во все стороны. Если на их пути попадается глаз, то последний ощущает эти частицы как свет.

Что же такое свет согласно представлениям Гюйгенса? Это поток волн, распределяющихся в неведомой, гипотетической среде – эфире, заполняющем все вокруг. Этот эфир проникает и внутрь предметов – воздуха, стекла, воды. Он заполняет все громадное космическое пространство между звездами, планетами и прочими небесными телами.

Обе эти теории или гипотезы существовали параллельно, и ни одна из них не могла одержать решающей победы. Но, Ньютон сумел склонить большинство ученых на свою сторону. Открытый им закон инерции прекрасно объяснял прямолинейный полет "световых" частиц движением их по инерции. Отражение света от зеркал вполне соответствовало отскоку упругих шаров при их ударе о плоскость. Правда, Ньютон никак не мог объяснить, почему эти частицы не сталкиваются в пространстве, если лучи света пересекаются. Волновая же теория прекрасно объясняла это. Волны, хотя бы на поверхности воды, свободно проходят друг сквозь друга, не оказывая взаимного влияния.

Двойственное положение в воззрениях на природу света длилось до 19 века, когда, данные по теории волновых процессов, заставили ученых признать, что свет ведет себя как волна. Особенно постарался в этом шотландский ученый Дж. К. Максвелл (1831–1879). Он доказал, что свет – это электромагнитные колебания, которые, кстати, прекрасно распространяются в пустоте, и не нужно никакого "эфира".

Но, волновая теория света не могла объяснить, например, фотографию, или фотоэффект – способности света "вырывать" из металла особые неведомые тогда частицы – электроны.

Смертельный удар по электромагнитной волновой теории света нанесла в самом конце 19 века так называемая "ультрафиолетовая катастрофа". Дело в том, что согласно этой теории любое тело должно постоянно излучать в пространство волновую энергию, а следовательно, терять ее и охлаждаться. Причем вплоть до абсолютного нуля. А так как излучаются все частоты, включая очень энергоемкие – ультрафиолетовые, то и катастрофа "глобального" охлаждения всех тел была названа "ультрафиолетовой".

Но если этого в природе не происходит, то, следовательно, волновая электромагнитная природа света бессмысленна. Выход из "ультрафиолетового" тупика был найден немецким физиком Максом Планком (1858–1942). Он предположил, что энергия электромагнитного излучения выделяется не непрерывно, а порциями, называемыми квантами. И оказалось, что при больших частотах (ультрафиолетовый диапазон) эти кванты настолько велики, и на их создание затрачивается такая большая энергия, что на излучение ее уже и не хватает. Поэтому, при больших частотах энергия излучения практически равна нулю, и никакая "ультрафиолетовая катастрофа" не угрожает.

Квантовая гипотеза прекрасно объясняла и явление фотоэффекта и химического действия света, в том числе и фотосинтез и многое другое. Но оказалось, что эта гипотеза не отбросила волновую гипотезу, а прекрасно с ней сжилась. Полученный "симбиоз" двух гипотез объяснял уже все свойства электромагнитного излучения, в том числе и света.

А практически получилось следующее:

– при распространении свет ведет себя скорее как волна, а при возникновении и поглощении – скорее как частица;

– при больших частотах главную роль играют квантовые ("корпускулярные") свойства света, а при малых – волновые.

Инструменты