Питання, що таке світло у фізиці, є ключовим для багатьох галузей діяльності науки і техніки, оскільки воно викликає живий інтерес як фахівців, так і просто любителів все знати.
Використання слова “світло” у фізиці досить умовно, бо воно не передає ніяких властивостей і характеристик окремо взятого типу випромінювання. Це загальне визначення, яке зручно використовувати для такого ж загального опису природного явища.
Частинки так званого “світла” рухаються від Сонця через величезні комічні простори на Землю, висвітлюють її і надають предметам, що оточують людину, видимість і багато властивостей. На це явище можна дивитися далеко не з однієї точки зору, тому дане питання варто розглянути більш детально.
Що таке світло у фізиці
Суперечки навколо того, що ж таке світло, йшли у фізиці і науковому середовищі багато століть. Різні діячі висували найрізноманітніші теорії, що саме являє собою дане явище природи, але ніяк не могли зійтися в єдиній думці. Теорії з’являлися, як гриби після дощу, то спростовуючи, то доповнюючи одна одну.
До вивчення природи світла доклали свої талановиті руки всі видатні діячі науки, починаючи з 17 століття. Такі європейські світила, як Декарт, Гук, Юнг, Ньютон, Гейгенс, Ампер і багато інших робили багато спроб зрозуміти, чим є видиме нам випромінювання: хвилею або ж потоком частинок.
Саме це протиріччя, до якого приводили досліди, ставило дослідників у глухий кут. Вченим була ніяк не зрозуміла сполучуваність: як в одному експерименті явище може поводитися, як потік частинок, а в іншому – як електромагнітне випромінювання.
На сьогодні дане питання певною мірою вирішене. Нові знання дозволили вникнути в суть речей більш глибоко. Корпускулярну і хвильову теорію пізніше доповнила електромагнітна, далі спеціальна теорія відносності Ейнштейна, пізніше квантова теорія і, нарешті, квантова електродинаміка.
Хвильові властивості світла
Те, що світло – це хвиля випромінювання з певними хвильовими властивостями, почали припускати вчені ще в 17-18 століттях. Досліди Юнга, Френеля, Ньютона виразно показали, що хвильові характеристики виражаються у двох ключових явищах:
- дифракції;
- інтерференції.
Саме вони мають значення при доказі того, що ми маємо справу з хвилею.
Промінь видимого діапазону випромінювання здатний як би огинати перешкоди будь-якої форми і засвічувати навіть ту область, яка нібито знаходиться в тіні. Відхилення від прямолінійного поширення, яке неможливе для твердих частинок, отримало назву дифракції.
Також доведено, що випромінювання може накладатися один на одного і як би доповнювати хвилі аналогічної природи, або ж «гасити», зменшуючу їх інтенсивність. Це явище отримало назву інтерференції.
Воно активно застосовується, наприклад, при виробництві автомобільних фар – в їх склах є спеціальна фактура, яка дозволяє використовувати інтерференцію і максимально збільшувати інтенсивність світіння.
Але твердження, що світло – це лише хвиля, також знаходить протести. Оскільки інші досліди, скажімо, вченого Вавилова, показують, що світлу властива двоїста характеристика.
Електромагнітна природа світла
Те, що звичайний сонячний промінь є електромагнітною хвилею, є доведеним науковим фактом. Над цим працювали багато вчених, зокрема, Ейнштейн, Вавилов та інші. Не один розділ фізики присвячений доказу того факту, що світло виникає в результаті різних збуджень в атомах і молекулах.
Це може бути тепловий, хімічний або електромагнітний вплив. При проходженні різних процесів в атомі він випромінює кванти енергії у всьому видимому діапазоні.
Визначення електромагнітної природи випромінювання доведено багатьма експериментами, а також теорією. Найповніший опис даних питань дав відомий вчений Максвелл у своїх рівняннях з електромагнетизму.
Наука змогла довести, що практично будь-який варіант випромінювання не є монохроматичним – тобто таким, що складається з хвиль тільки однієї довжини. Майже будь-яке джерело світла випускає певний спектр випромінювання, в якому є розкладання по довжинах хвиль.
- Якщо випромінювання має короткі хвилі, менше ніж 380 нм, то вони належать до ультрафіолетового світла.
- Якщо більше 780 нм – інфрачервоного.
За їх межами зверху і знизу є й інші типи випромінювання:
- гамма-промені;
- рентгенівські хвилі;
- мікрохвильовий діапазон.
Закон прямолінійного поширення світла
Будь-який школяр, який перейшов в 9-11 клас, повинен знати, що світло в однорідному середовищі поширюється по прямолінійній траєкторії, а його швидкість дорівнює 3х10⁸ м/с. З такою швидкістю промінь долітає від Землі до Місяця (відстань між якими 384 000 кілометрів) всього, приблизно, за 1,2-1,3 секунди!
Виходячи з прямолінійного поширення світла, виводяться багато понять, таких як:
- тінь;
- кут падіння і відбивання, і багато іншого.
Різні розділи науки по-різному використовують ці дані, але вони мають велике значення в техніці і теорії.
Світло одночасно є і електромагнітною хвилею, і потоком частинок фотонів, які поширюються від джерела випромінювання і заповнюють собою весь навколишній простір за законами прямолінійного поширення, дифракції, інтерференції і т. д.
І природне, і штучне освітлення має однакові властивості, за винятком, хіба що довжини хвилі, її амплітуди та інших, більш конкретних характеристик кожної хвилі.