Электромагнитная теория света

Во второй половине XIX века Максвелл доказал, что свет является частным случаем электромагнитных волн. Работами Максвелла были заложены основы электромагнитной теории света. После того как Герц экспериментально обнаружил электромагнитные волны, никаких сомнений относительно того, что при распространении свет ведет себя как волна, не осталось. 1899 г. П. М. Лебедев дал новое доказательство тождества световых и электромагнитных волн. Он обнаружил опытным путем, что свет оказывает давление на тела, на которые оно падает, и измерил это давление. Но по теории Максвелла, электромагнитные волны также оказывают подобное давление.

Таким образом, во второй половине XIX века была разработана электромагнитная теория света.

Квантовая теория света

В начале ХХ века представления о природе света начали коренным образом меняться. Неожиданно выяснилась, что отвергнута корпускулярная теория все-таки имеет право на существование. в 1900 г. немецкий физик Макс Планк предположил, что атомы тел поглощают и излучают энергию конечными порциями - квантами. А 1905 г. Эйнштейн высказал мысль, что свет распространяется в пространстве в виде дискретных объектов - квантов света.

Таким образом, были обнаружены прерывистые, или, как говорят, квантовые свойства света.

Корпускулярно-волновой дуализм

Возникла чрезвычайная ситуация: явления интерференции и дифракции, как и раньше, можно было объяснить, считая свет волной, а явления излучения и поглощения - считая свет потоком частиц.

В результате многочисленных обсуждений, поисков и исследований возникла современная теория света. Эта теория является синтезом корпускулярной и волновой теорий. В ее основу положена мысль, что свет одновременно волновые и корпускулярные свойства.

Формулировка проблемной ситуации «Как измерить скорость света?»

Знаменитый американский ученый Альберт Майкельсон почти всю жизнь посвятил измерению скорости света. Однажды ученый осматривал предполагаемый путь светового луча вдоль полотна железной дороги. Он хотел построить еще более совершенную установку для еще более точного метода измерения скорости света. До этого он уже работал над этой проблемой несколько лет и добился самых точных для того времени значений. Поведением ученого заинтересовались газетные репортеры и, недоумевая, спросили, что он тут делает. Майкельсон объяснил, что он измеряет скорость света.

— А зачем? — последовал вопрос.

— Потому что это дьявольски интересно,— ответил Майкельсон.

И никто не мог предполагать, что эксперименты Майкельсона станут фундаментом, на котором будет построено величественное здание теории относительности, дающей совершенно новое представление о физической картине мира. Пятьдесят лет спустя Майкельсон все еще продолжал свои измерения скорости света. Как - то раз великий Эйнштейн задал ему такой же вопрос,

— Потому что это дьявольски интересно! — спустя полвека ответил Майкельсон и Эйнштейну.

Корпускулярно-волновой дуализм является неким компромиссом, свидетельством того, что человечество еще не до конца разобралось в природе света.

Скорость света

Одним из самых мощных инструментов исследования природы света были попытки человечества измерить скорость света. То, что свет распространяется очень быстро, было ясно уже давно, но на сколько быстро?

Опыт Галилея

Первые научные попытки измерения скорости света предпринял Галилео Галилей. На озере Комо, в Италии, он вместе со своим ассистентом расположился в лодках, удаленных одна от другой на расстоянии 4 км. В темное время суток ассистент зажигал фонарь, Галилей фиксировал приход луча света, зажигал свой фонарь и ассистент фиксировал момент прихода луча света от Галилея

Таким образом, зная промежуток времени, в течение которого распространялся свет, а также расстояние между лодками, можно было измерить скорость света.

Конечно же, измерение было довольно грубым, в нем плохо учитывалось время реакции человека, но тем не менее это было одно из первых зафиксированных измерений скорости света в науке.

Метод Рёмера

Раз свет распространяется очень быстро, значит, должны быть и очень большие расстояния для того, чтобы фиксировать нормальные промежутки времени, в течение которых можно было бы измерять эту скорость. Именно с расстояниями таких масштабов мы сталкиваемся в астрономии. Так и есть, первый относительно точный результат получил датский ученый Рёмер, который исследовал затмения спутника Юпитера и при этом получил значение скорости света. Наблюдая за спутником Земли, ученый заметил, что спутник входит в тень Юпитера через каждые 42 часа 28 минут. Но в течение полугода, когда Земля, вращаясь вокруг Солнца, отдалялась от Юпитера, затмение спутника происходило с большим опозданием. Рёмер догадался, что такое опоздание объясняется увеличением расстояния, которое преодолевает свет, распространяясь от спутника к Земле. Зная диаметр орбиты Земли и время опоздания, ученый определил скорость света .

Другие методы

С развитием уровня науки и техники ученые научились измерять скорость света не только в астрономических масштабах, но и в лабораториях.

Один из таких методов провел ученый Физо, а также известны опыты Майкельсона.

2.2 Отражение волн

Закон отражения волн. Изменение направления распространения волны может происходить при отражении ее от границы раздела двух сред. Обратимся к демонстрации.

Падающий на зеркало луч, отражённый луч и перпендикуляр к поверхности зеркала, проведённые в точке падения, расположены в одной плоскости.