Скорость света. Корпускулярно-волновой дуализм

Итак, посмотрим на этапы познания того, что же такое свет:

1. Датский астроном Олаф Рёмер в 1676 г провел эксперимент по определению скорости света. Этот эксперимент был связан с тем, как определяется скорость света при затмении спутника Юпитера Ио. Результат, который получил Рёмер в своих опытах, составил 285000 .

 

Рис. 1. Схема опыта Ремера по определению скорости света

 

2. В 1848 г. французский физик Физо провел эксперимент из которого следовало, что скорость распространения света в вакууме составляет 313000 .

Однако эти опыты не могли подтвердить, что же такое свет – волна или частица.

3. В 1852 г. английский ученый Максвелл определил скорость распространения электромагнитных волн теоретически. Он установил, что скорость распространения электромагнитных волн составляет 300000 .

Как только Максвелл получил значение этой скорости, естественно, он попытался выяснить, а есть ли такие объекты, которые обладают такой скоростью. В результате стало понятно, что такой объект есть и это, конечно, свет. То есть опыты Рёмера и Физо привели к тому, что в сочетании с результатами, полученными Максвеллом, стало ясно, что скорость распространения электромагнитных волн является не чем иным, как скоростью света. И теперь, конечно, остается сделать последний вывод – это то, что свет является не чем иным, как электромагнитной волной.

Казалось бы, после всех этих экспериментов, после всех этих выводов можно было оставить споры о том, что такое свет, и прийти к тому единственному решению, что свет – это электромагнитная волна. Однако хотелось бы отметить, что в дальнейшем, в самом конце 19 века были открыты явления, которые доказывали, что свет все-таки обладает свойствами частиц.

На сегодняшний день считается следующее: свет имеет двойную природу. Он одновременно и волна, и частица. Тогда, когда свет распространяется, т.е. от источника до наблюдателя, он ведет себя как волна. А тогда, когда он взаимодействует с поверхностью, с веществом или тогда, когда он рождается, при рождении света, он ведет себя как частица. Поток специальных частиц, которые составляют свет называется потоком фотонов. Одна частица, соответственно, – фотон.

Во время борьбы двух теорий, волновой и корпускулярной, естественно, каждый из апологетов той или иной теории искал определенную опору в опытах. Что касается волновой теории, очень важное значение получило явление, которое было открыто Томасом Юнгом в 1802 г., и называется это явление интерференцией. Это наложение двух когерентных волн, в результате которого образуется устойчивая картина из максимумов и минимумов. Надо сказать, что интерференция света представляет собой достаточно известную всем картину – это когда чередуются светлые и темные световые полоски. Вам всем известна интерференция в тонких пленках, - когда мы наблюдаем мыльный пузырь в солнечном свете, то видим, как он переливается разноцветными цветами. Это и есть проявление интерференции света.

 

Рис. 2. Интерференция в мыльном пузыре

 

 

То же самое происходит летним днем, когда мы наблюдаем поверхность лужи, то можем видеть в тонкой пленке такое же разноцветное чередование полос. Интерференция – это явление волновое, поэтому после опытов Т. Юнга стало ясно, что свет является по большей части, видимо, волной, т.е. это явление доказывало, что свет – это волна.