вълновата теория на светлината
Нека да си припомним защо спряхме описанието на оптични явления. Нашата цел е да се въведе различна теория на светлината, различен от корпускулярни, но също така се опитва да обясни фактите по същия район. За да направите това, ние трябваше да се прекъсне нашата история и въвеждане на концепцията за вълни. Сега можем да се върнем към нашия обект. Първият човек, който да представи изцяло нова теория на светлината, е бил съвременник на Нютон - Хюйгенс. В трактата си на светлината, той пише:
"Ако, в допълнение, светлината се използва за преминаването му от известно време - че сега ние ще проверим, - това следва, трябва да бъде един след друг във времето, че това движение се предава на околната материя; обаче е, като звукът се разпространява от сферични повърхности и вълни; Аз ги наричам вълни от приликата, които те имат с вълните, образувани от водата, когато то се хвърля камък, което представлява последователно разширяват кръга, въпреки че те възникнат от различни причини и са само върху равна повърхност. "
Според Хюйгенс, светлина - трансфер енергията на морските вълни, а не вещество. Видяхме, че на еритроцитите теория обяснява много от наблюдаваните факти. Дали това е в състояние да направи и вълновата теория? Ние отново трябва да поставим тези въпроси, които вече са дадени отговори с помощта на еритроцитите теория, за да видите дали вълновата теория да отговори на тях със същия успех. Ние го правим тук под формата на диалог между H и D, където H - събеседник, убеден в справедливостта на еритроцитите теорията на Нютон, и D - източник, убеден на валидността на теорията на Хюйгенс. Нито едното, нито другото не е разрешено да използва получените материали след работата на двете големите майстори е завършена.
N: В еритроцитите теория на светлината скорост има определено значение. Това е скоростта, с която кръвните телца се движат в празното пространство. Какво означава това на теория?
D: Разбира се, това е скоростта на светлината вълна. Всеки знае, че вълната се разпространява с определена скорост, а същото е с леки вълни.
Н: Това не е толкова лесно, колкото изглежда. Звуковите вълни се разпространяват във въздушни, морски вълни - във вода. Всяка вълна трябва да има физическата среда, в която се разпространява. Но светлината преминава през вакуум, докато звукът не работи. Да приемем вълна в празно пространство всъщност означава не поема никаква вълна.
Д: Да, това е трудно, но не и нов за мен. Моят учител го е учил много внимателно и реши, че единственият начин - да се предположи съществуването на хипотетичната субстанция, етер. преносна среда, която изпълва цялата вселена. Вселената, така да се каже, потопен в етер. Ако имаме смелостта да се въведе тази концепция, а след това всичко става ясно.
Н: Но аз се противопостави на това предположение. Първо, тя въвежда нов хипотетично вещество, а ние вече имаме твърде много вещества в физика. Има и още един аргумент срещу него. Вие не се съмнявам, че ние трябва да обясним всичко, оставайки в рамките на механиката. Какво ще кажете за въздуха? Бихте ли отговори на един прост въпрос в състояние на това как въздухът е изградена от неговите елементарни частици и как тя се среща и в други явления?
G: Вашето първо възражение, разбира се, е вярно. Но с въвеждането на някакъв изкуствен безтегловност етер ние незабавно освободен от много изкуствена светлина телца. В момента има само една "тайнствена" вещество вместо безкраен брой от тях, което съответства на огромния брой цветове в спектъра. Не мислите ли, че това е реален напредък? Най-малкото, всички трудности са концентрирани в една точка. Ние не се нуждаем повече в изкуствена предположението, че частиците, които принадлежат към различни цветове, да се движат със същата скорост във вакуум.
Вашият втори възражение също е вярно. Не можем да се механична обяснение на етера. Но няма съмнение, че по-нататъшно проучване на оптичните и може би други явления установи неговата структура. В момента, ние трябва да очакваме нови експерименти и изводи, но аз се надявам, че в края на краищата ще бъдем в състояние да реши проблема на механичната конструкция на етера.
Н: Да оставим в момента на проблема, тъй като не може да бъде решен днес. Бих искал да видя как си теория, дори ако се абстрахираме трудностите, обяснява тези явления, които са така ясно и разбираемо в еритроцитите теория. Вземете, например, факта, че лъчи преминават във вакуум или във въздуха по линиите. Парче хартия, поставена пред свещ, дава ясен и отчетлив сянка на стената. Harsh сенки не биха били възможни, ако вълновата теория е вярна, защото вълните се увиват около ръбовете на хартията и по този начин да бъдат намазани сянка. Малък кораб, който не е пречка за вълните на морето, както знаете; те просто се огъват около него, хвърляйки не сянка.
D: Това е крехък аргумент. Вземете вълните на реката, удари от страна на голям кораб. Вълни, генерирани от едната страна на кораба, няма да бъдат видими на другия. Ако вълните са достатъчно малки, а корабът е достатъчно голям, има много ясна сянка. Много е възможно, че светлината ни изглежда преминава в прави линии, само защото неговата дължина на вълната е много малък в сравнение с размера на обичайните пречки и дупките, използвани в експериментите. Възможно е, ако можем да се създаде достатъчно малка пречка, нито сянка няма да бъде. Ние можем да се срещне с много експериментални трудности при проектирането на устройства, които могат да покажат дали в светлината завоя около условие препятствия. Въпреки това, ако такъв експеримент може да бъде извършена, ще бъде от решаващо значение за борбата между вълната и еритроцитите теория на светлината.
H: Wave теория може да доведе до нови факти в бъдеще, но аз не знам на всички данни, които го потвърждават убедително. Докато определено не е доказано експериментално, че светлината може да се огъват около препятствия, аз не виждам никаква причина да се откаже от еритроцитите теорията, което ми се струва по-лесно и по този начин по-добре, отколкото на вълната.
В същото време, ние можем да прекъсне диалога, въпреки че обекта на своите по никакъв начин не изчерпани.
Тя все още остава да се покаже как вълновата теория обяснява пречупване на светлината и разнообразие от цветове. Както е известно, на еритроцитите теория е в състояние да даде такова обяснение. Започваме с индекса, но първо, че ще бъде полезно да се разгледа един пример, който няма нищо общо с оптика.
Да предположим, като голямо отворено пространство ходене двама души, които притежават един друг твърд прът. На първо място, те отиват право напред, както в една и съща скорост. Докато скорости им са едни и същи, те са големи или малки - без значение пръчка ще извърши паралелно движение, т.е., той няма да се върти или да промени посоката си ... Всички последователните позиции на успоредно прът един към друг. Но представете си сега, че в един много кратък период от време, може да бъде равно на части от секундата, и двете на движението на хора стане неравно. Какво се случва? Ясно е, че през това време пръта ще се завърти така, че той вече няма да се движат успоредно на първоначалното си положение. Отново отново движение на равни проценти, то ще има посока, различна от първоначалната посока на промяна (фиг. 43) се появява по време на интервала от време, в които се променя скоростта на двете пешеходци.
Този пример ще ни позволи да се разбере пречупването вълна. Самолет вълна пътува във въздуха достига повърхността на стъклото. Фиг. 44 ние виждаме една вълна с относително по-широк фронт, който се движи напред. Фронтът на вълната - равнина, в които във всеки един момент всички части на етер са в същото състояние. Тъй като скоростта зависи от средата, чрез което по всяко време светлината преминава, скоростта на стъклото ще бъде различна от скоростта в свободното пространство. В рамките на много кратко време, през което фронтът на вълната влиза стъклото, различни части на фронтът на вълната ще имат различна скорост. Ясно е, че тези части, които вече са достигнали стъклото ще се движат със скоростта на светлината в чашата, докато други части все още се движат със скоростта на светлината във въздух. Поради тази разлика в скоростта по протежение на фронта на вълната, съществуващи по време на "потапяне" в стъклото, по посока на вълната ще се промени.
По този начин, ние виждаме, че не само корпускулярни, но също така води до вълновата теория на пречупване обяснение. Допълнително внимание на прилагането на математика и някои предполагат, че обяснението на вълновата теория е по-лесно и по-добре, и че последиците от нея, са в пълно съгласие с наблюдението. В действителност, количествени методи за изследване, ни позволяват да се заключи, със скоростта на светлината в пречупващи среда, ако знаем как лъчът се пречупва, тъй като влиза в него. Преки измервания блестящо потвърждават тези прогнози, и по този начин вълновата теория на светлината.
Остава въпросът за цвят.
Необходимо е да се припомни, че вълната се характеризира с две числа - скоростта и дължина на вълната. Доста значително е следното изявление на вълновата теория на светлината: различни дължини на вълните съответстват на различни цветове. Дължина на вълната хомогенна жълта светлина е различна от дължината на вълната на синьо или лилаво. Вместо това, изкуственото разделение на кръвни телца, които принадлежат към различни цветове, имаме естествена разлика в дължината на вълната.
От това следва, че експериментите на Нютон за дисперсията на светлината могат да бъдат описани в два различни езика - езика и езика на еритроцитите теорията на теория вълна. Например:
Телца, принадлежащи към различни цветове имат една и съща скорост във вакуум, но различни скорости в стъклото.
Бяла светлина - набор от кръвни телца, които принадлежат към различни цветове, а спектрите са разделени.
Лъчи на различни дължини на вълните, свързани с различни цветове имат една и съща скорост във въздуха, но с различни скорости в стъклото.
Бялата светлина - комбинация на вълни на всички дължини, докато в спектъра са разделени.
Мисля, че би било разумно да се избегне двусмислието, получени от съществуването на две различни теории за едни и същи явления, решавайки в полза на един от тях, след внимателна преценка на предимствата и недостатъците на всеки. Диалог между H и F показва, че това не е лесна задача. Решението от тази гледна точка, че ще бъде по-скоро въпрос на вкус, отколкото въпрос на научни вярвания. По времето на Нютон и 100 години по-късно, по-голямата част от физиците предпочитат еритроцитите теория.
История постановено решението си в полза на вълновата теория и корпускулярни много по-късно, в средата на ХIХ век. Н в разговора си с г-н заяви, че по принцип е възможно да се експериментален решение на спора между двете теории. Корпускулярна теория не позволява светлината да се огъват около препятствия и изисква ясна сянка. Според теорията за вълна, достатъчно малки препятствия няма да хвърлят всякакви сенки. Младите произведения и Френел този резултат бе получена експериментално; там бяха направени теоретични изводи.
Вече обсъдихме много прост експеримент, в който на екрана с дупка е поставен в предната част на лек точков източник, сянка се хвърля върху стената. В бъдеще ние ще опрости експеримента, което предполага, че източникът излъчва хомогенна светлина. За най-добри резултати, източника на светлина трябва да бъде силен. Нека си представим, че дупката в екрана става по-малък и по-малък. Ако се получи силен източник, а ние сме в състояние да направи дупка достатъчно малък, ние откриваме нови и изненадващо явление, не е ясно по отношение на еритроцитите теория. Не по-остри различия между светлината и тъмнината. Светлината постепенно избледнява, превръщайки тъмен фон чрез поредица от светли и тъмни пръстени. Външният вид на пръстените е много характерно за вълновата теория. Обяснение на редуващи се светли и тъмни ивици ще стане ясно в случая с малко по-различна организация на експеримента. Да предположим, че имаме едно парче черна хартия с две с ПИН дупки, през които светлината могат да преминат. Ако дупките са тясно свързани един с друг и са много малки и ако единна светлина е достатъчно силна, а след това на стената ще бъде много светли и тъмни ивици, постепенно отслабва и се превръща в тъмен фон. Обяснението е просто. Тъмната бандата се появява, когато коритата на вълната от една дупка среща с гребена на вълната от друга, така че и двете се увенчаха с успех. Бар на светлина - където има две корита или два гребена на вълните от двата отвора, и подсилват взаимно. Усложнена обяснения на тъмни и светли пръстени в предишния пример, в който се използват екран с една дупка, но в основата си е един и същ. Това е появата на тъмни и светли ивици, когато светлината преминава през два процепа и тъмни и светли пръстени, когато преминават дупките трябва да се има предвид, тъй като по-късно ще се върнем към обсъждане на две различни картини. Експериментите, описани тук показват дифракционна светлина - отклонение от праволинейни разпространение на светлината, когато пътя на светлинните вълни разположени малки отвори или препятствия (Фигура 45-47.).
Фиг. 45. На върха виждаме снимка на светлинни петна след две греди преминали през две малки дупки, една след друга (първо един процеп се отваря, след което го беше затворен, а другият открито.) В долната част, което виждаме на бандата, в резултат от факта, че лъчът преминава през две малки дупки в същото време (снимка V. Arkadieva)
Фиг. 46. дифракцията на светлинния лъч в резултат на закръгляване много малки препятствия (Снимка Б. Arkadieva)
Фиг. 47. дифракционна светлина лъч чрез преминаване през много малък отвор (Снимка Б. Arkadieva)
С помощта на математиката, ние сме в състояние да отиде много по-далеч. Можете да зададете колко голям, или по-скоро, колко малко трябва да е дължината на вълната, за да се създаде дифракционна решетка. По този начин, описани опитите ни позволяват да се определи дължината на хомогенна светлина. За да се даде представа за това колко малко тези ценности, ние ще показват дължината на вълните на екстремните лъчи от видимия слънчевия спектър, тоест. Д. дължината на вълната на червени и виолетови лъчи. Дължината на червената светлина се равнява на 0,00008 см. Дължината на виолетова светлина вълна е равна на 0,00004 см.
Ние не трябва да се учудваме, че тези количества са много малки. Именно очертана сянка, т. Е. феномена на праволинейни разпространение на светлината наблюдава в природата само защото обикновено намерени дупки и препятствия са изключително големи в сравнение с дължината на вълната на светлината. Неговата вълна природа на светлината открива само когато се прилагат много малки дупки и препятствия.
Но историята на теорията за търсене на светлината в никакъв случай не свърши. Присъдата на ХIХ век не е и последен. За съвременните физици на проблема за избор между кръвни телца и вълни там отново, този път в много по-дълбоко и по-сложна форма. Ние приемаме поражение на еритроцитите теория на светлината, докато не открием, че естеството на вълновата теория на победа е проблематично.
Споделяне на страницата
Свързани статии