Свет как электромагнитная волна

Раздел физики, рассматривающий световые явления, называется оптикой.  

В течении последних трех столетий представления о природе света претерпело весьма существенное изменение. В конце 17 века с формулировались две принципиально различные теории о природе света: корпускулярная (Ньютон) и волновая (Гюйгенс).

Согласно корпускулярной теории, свет – это поток частичек (корпускул), летящих с большой скоростью от источника света.

Согласно волновой теории, свет – это волна, исходящая от источника свет и распространяющуюся с большой скорость в «мировом эфире»- неподвижной упругой среде, непрерывно заполняющей всю Вселенную. Обе теории удовлетворительно объясняли закономерности, присущие некоторым световым явлениям, например законы отражения и преломления света. Однако такие явления, как интерференция, дифракция и поляризация света, не укладывались в рамки этих теорий. До конца XVIII в. подавляющее большинство физиков отдавало предпочтение корпускулярной теории И. Ньютона. В начале XIX в. благодаря исследованиям английского физика Т. Юнга (1801) и французского физика О. Френеля (1815) волновая теория была в значительной мере развита и усовершенствована. В ее основу лег принцип Гюйгенса—Френеля: все точки фронта волны являются вибраторами, от которых распространяются элементарные волны; огибающая всех этих элементарных волн дает новое положение фронта волны. Волновая теория Гюйгенса—Френеля успешно объяснила почти все известные в то время световые явления, в том числе интерференцию, дифракцию и поляризацию света, в связи с чем эта теория получила всеобщее признание, а корпускулярная теория И. Ньютона была отвергнута. Слабым местом волновой теории являлся гипотетический «мировой эфир», реальность существования которого являлась весьма сомнительной. Однако в 60-х гг. XIX в., когда Дж. Максвелл разработал теорию единого электромагнитного поля, необходимость в «мировом эфире» как особом носителе световых волн отпала: выяснилось, что свет представляет собой электромагнитные волны и, следовательно, их носителем является электромагнитное поле. Таким образом, волновая теория о природе света эволюционировала в электромагнитную.

Электромагнитная теория света утверждает, что всякое световое излучение является электромагнитными волнами.

Одним из важнейших экспериментальных доказательств справедливости электромагнитной теории света послужили опыты Френеля (1849), Фуко (1850) и Майкельсона (1881): экспериментальное значение скорости распространения света совпало с теоретическим значением скорости распространения электромагнитных волн, полученным из электромагнитной теории Максвелла. Представление о волновой (электромагнитной) природе света оставалось незыблемым вплоть до конца XIX в. Но к этому времени. накопился достаточно обширный материал, которы позволил предположить, что свет испускается, распространяется поглощается не непрерывно, как это следовало из волновой теории, а квантами (порциями). Исходя из этого предположения немецкий физик М. Планк в 1900 г. создал квантовую теорию электромагнитных процессов, а А. Эйнштейн в 1905 г. разработал квантовую теорию света, согласно которой свет представляет собой поток световых частиц — фотонов.

Эта теория позволяет объяснить все оптические явления и объединяет как волновые, так и корпускулярные свойства света, делая существование «мирового эфира» совершенно ненужным. Там образом, в начале XX в. возникла новая теория о природе света квантовая теория, — возрождающая в известном смысле корпускулярную теорию И. Ньютона. Таким образом, волновая (электромагнитная) и корпускулярная (квантовая) теории не отвергают, а дополняют друг друга. Связь между волновыми и корпускулярными свойствами выражается формулой Планка:

: Красный – оранжевый, желтый, зеленый (, голубой, синий, фиолетовый (

,  ,

С- скорость света (м/с)

Первое измерение скорости света в вакууме было выполнено датским астрономом Рёмер в 1675г, которая оказалась равной 220 000 км/с. В дальнейшем скорость света измеряли много раз и в разных условиях. Наиболее точный результат измерения скорости света в воздухе удалось получить американскому физику Майкельсону в 1926г. Она равнялась

с-299792,5803 км/с=300000 км/с=3∙10⁸ м/с.

Впервые скорость света в воде определил французский физик Фуко и она оказалась равной 255000 км/с (3/4 от скорости света ).(просмотр видео)