E-Book Content
УДК 535 ББК 22.343 Д 29 Д е л о н е Н. Б. Что такое свет?. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. — 56 с. — ISBN 978-5-9221-0614-6. Обзор посвящен обсуждению современной точки зрения на природу света. Сначала приводятся результаты знаменитого опыта Т. Юнга со светом, проходящим через два отверстия. Результаты этого опыта убедили физиков, что свет — это волны в среде, где он распространяется. Далее рассматриваются результаты экспериментов, в которых в начале XX века был исследован фотоэффект — процесс вырывания электронов из металла ультрафиолетовым излучением. Интерпретация результатов этих экспериментов, данная А. Эйнштейном, убедительно показала, что свет — это поток частиц, а не волна в среде. В заключение приводится современное положение квантовой физики о корпускулярно-волновом дуализме свойств вещества, в том числе и света. Согласно современным представлениям, свет — это объект не классической, а квантовой физики, а классические формы проявления в виде волны или частиц определяются условиями его взаимодействия с веществом детектирующего прибора. Для учащихся старших классов школ с углубленным изучением физики. c ФИЗМАТЛИТ, 2006 ISBN 978-5-9221-0614-6 c Н. Б. Делоне, 2006 § 1. Введение Термин свет используется для обозначения излучения, видимого человеческим глазом. Свет представляет собой ничтожную часть всего спектра излучения, существующего в природе (см. табл. 1). Однако именно свет, как видимое излучение, с давних пор привлекал к себе пристальное внимание исследователей. Т а б л и ц а 1. Длины волн λ и частоты ω излучения различных диапазонов (по порядку величины) Оптический Диапазон Длины волн, λ, см Частоты, ω , Гц Радио Инфра- Видимый красный свет Ультрафиолетовый Рентген 107 –10−2 10−3 10−4 10−5 –10−7 10−8 107 –1012 1013 1014 1015 –1017 1018 –1019 В дальнейшем, как правило, будет использоваться термин свет, однако все основные выводы, сделанные ниже, качественно аналогичны для излучения произвольной частоты. Историки и археологи установили, что прямолинейный характер распространения света был известен жителям Месопотамии и использовался ими еще за 5–4 тысяч лет до нашей эры. Выдающиеся ученые древнего мира изучали природу света. Так, например, Пифагор ∗) в VI веке до нашей эры утверждал, что тела становятся видимыми благодаря частицам, которые они испускают. Таким образом, используя современную терминологию, Пифагор был сторонником корпускулярной модели излучения. В противоположность этому Аристотель в IV веке до ∗) К имени каждого упомянутого ниже исследователя даны краткие комментарии в разделе “Персоналии”. 4 Что такое свет? нашей эры полагал, что свет представляет собой возбуждение среды, возникающее между источником света и человеческим глазом, т. е. был сторонником волновой модели излучения. Помимо подобных фундаментальных вопросов c давних пор большое внимание уделялось и практическому использованию света. Так, например, в школе Платона в IV веке до нашей эры был сформулирован закон равенства углов падения и отражения света, а Евклид в III веке до нашей эры исследовал возникновение изображений при отражении от зеркал. В начале нашей эры Птоломей детально изучал преломление света при переходе из одной прозрачной среды в другую. По сути дела, это было зарождение геометрической оптики, созданной через полтора тысячелетия в эпоху Возрождения в работах Леонардо да Винчи, Галилея, Кеплера и Декарта. Этот “золотой век” геометрической оптики закончился в 1660 г. формулировкой принципа Ферма (прим. 1). И до наших дней геометрическая оптика представляет собой важнейший раздел физики, позволяющий решать широкий круг инженерных задач, возникающих при конструировании оптических приборов. В дальнейшем изучением света занимались очень многие исследователи.