Протягом історії людство замислювалося про природу такого явища, як світло. З давніх часів і до наших днів уявлення про нього змінювалися і вдосконалювалися. Найбільш популярні гіпотези схилялися до того, що світло – це частка, або хвиля. Розділ сучасної науки, що вивчає природу і поведінку світла, називається оптикою.
Історія розвитку уявлень про світло
Згідно уявлень давньогрецьких філософів, наприклад, Аристотеля, світло – це промені, що виходять з очей людини. Через ефір, прозору субстанцію, що заповнює простір, ці промені поширюються, дозволяючи людині бачити предмети.
Інший філософ, Платон, висловив припущення, що джерелом світла на Землі є Сонце.
Філософ і математик Піфагор вважав, що з предметів вилітають крихітні частинки. Потрапляючи в око людини, вони дають нам уявлення про зовнішньому вигляді цих предметів.
Незважаючи на деяку наївність, дані гіпотези заклали основу для подальшого розвитку думки.
Так, у XVII столітті німецький учений Йоганн Кеплер висловив теорію, близьку до уявлень Платона і Піфагора. На його думку, світло – частинка, або точніше, потік частинок, що поширюється від якого-небудь джерела.
Корпускулярна гіпотеза Ньютона
Вчений Ісаак Ньютон висунув теорію, що об’єднала певною мірою суперечливі уявлення про даному явищі.
Згідно з гіпотезою Ньютона, світло – частинка, швидкість переміщення якої дуже велика. Корпускули поширюються в однорідному середовищі, рухаючись рівномірно і прямолінійно від джерела світла. Якщо потік цих частинок потрапляє в око, то людина спостерігає його джерело.
На думку вченого, корпускули мали неоднакові розміри, даючи відчуття різних кольорів. Наприклад, великі частинки сприяють тому, що людина бачить червоний колір. Явища відбиття потоку світла він аргументував відскоку часток від твердої перешкоди.
Білий колір вчений пояснив поєднанням всіх кольорів спектру. На цьому висновку побудована його теорія дисперсії – явища, виявленого ним у 1666 році.
Гіпотези Ньютона знайшли широке визнання серед його сучасників, пояснюючи багато оптичні явища.
Хвильова теорія Гюйгенса
Інший вчений того ж часу, Християн Гюйгенс, не погодився з тим, що світло – частинка. Він висунув хвильову гіпотезу природи світла.
Гюйгенс вважав, що весь простір між предметами і в самих предметах заповнений ефіром, а світлове випромінювання – це імпульси, хвилі, що поширюються в цьому ефірі. Кожна ділянка ефіру, до якого доходить світлова хвиля, стає джерелом, так званих вторинних хвиль. Досліди з інтерференції і дифракції світла підтвердили можливість хвильового пояснення природи світла.
Теорія Гюйгенса не отримала великого визнання в його час, так як більшість вчених схильні були вважати світло частинкою. Однак вона була прийнята і допрацьована багатьма вченими, наприклад, Юнгом і Френелем.
Подальший розвиток уявлень
Питання, що таке світло у фізиці, продовжував займати уми вчених. У XIX столітті Джеймс Клерк Максвелл розробив теорію, згідно з якою світлове випромінювання – це високочастотні електромагнітні хвилі. Його уявлення базувалися на факті, що швидкість поширення світла у вакуумі дорівнює швидкості поширення електромагнітних хвиль.
У 1900 році Макс Планк ввів у науку термін “квант”, переводящийся як “порція”, “невелика кількість”. Згідно Планку, випромінювання електромагнітних хвиль відбувається не безперервно, а порціями, квантами.
Ці уявлення розвинув Альберт Ейнштейн. Він висловив думку, що світло не тільки випромінюється, але також поглинається і поширюється частинками. Для їх позначення він використовував слово “фотони” (термін уперше запропоновано Гілбертом Льюїсом).
Корпускулярно-хвильовий дуалізм
Сучасне пояснення природи світла лежить в поняття корпускулярно-хвильового дуалізму. Суть цього явища полягає в тому, що матерії можуть проявляти властивості хвилі і частинки. Світло є прикладом такої матерії. Дослідження вчених, які, здавалося б, протилежних думок, є підтвердженням двоїстої природи світла. В один і той же час світло – частка і хвиля. Ступінь виразності кожної з цих властивостей залежить від конкретних фізичних умов. У певних випадках світло проявляє властивості електромагнітної хвилі, підтверджуючи хвильову теорію свого походження, в інших випадках, світло – це потік корпускул (фотонів). Це дає підстави заявити, що світло – частинка.
Світ став першою матерією в історії фізики, у якій визнали наявність корпускулярно-хвильового дуалізму. Надалі це властивість було виявлено ще у ряду матерій, наприклад, хвильовий поведінка спостерігається у молекул і нуклонів.
Підводячи підсумок, можна сказати, що світло – унікальне явище, історія розвитку уявлень про який налічує більше двох тисяч років. Згідно сучасному розумію даного явища, світло має двоїстої природою, виявляючи властивості і хвиль і частинок.
