Как работает свет
Свет одновременно и очевиден, и загадочен. Каждый день мы купаемся в желтом тепле и не допускаем темноты с помощью ламп накаливания и люминесцентных ламп. Но что такое свет? Мы улавливаем проблески его природы, когда солнечный луч проникает сквозь наполненную пылью комнату, когда после шторма появляется радуга или когда пьющая солома в стакане воды выглядит расчлененной. Эти проблески, однако, приводят только к большим вопросам. Путешествует ли свет как волна, луч или поток частиц? Это один или несколько цветов, смешанных вместе? Имеет ли он частоту, похожую на звук? И каковы некоторые общие свойства света, такие как поглощение, отражение, преломление и дифракция?
Вы можете подумать, что ученые знают все ответы, но свет продолжает удивлять их. Вот пример: Мы всегда считали само собой разумеющимся, что свет движется быстрее, чем что-либо во Вселенной. Тогда, в 1999 году, исследователям Гарвардского университета удалось замедлить луч света до 38 миль в час (61 километр в час), пропустив его через состояние материи, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна. Это почти в 18 миллионов раз медленнее, чем обычно! Никто бы не подумал, что такой подвиг возможен всего несколько лет назад, но это капризный путь света. Как только вы думаете, что поняли его, он бросает вызов вашим усилиям и, кажется, меняет свою природу.
Тем не менее, мы прошли долгий путь в нашем понимании. Некоторые из самых ярких умов в истории науки сосредоточили свои мощные интеллекты на этой теме. Альберт Эйнштейн пытался представить, каково это - ездить на луче света. "А что, если бежать за лучом света?" спросил он. "Что, если ехать на луче света? ... Если бы он бежал достаточно быстро, он бы вообще не двигался?"
Эйнштейн, однако, опережает события. Чтобы оценить, как работает свет, мы должны поместить его в надлежащий исторический контекст. Наша первая остановка - древний мир, где некоторые из самых ранних ученых и философов размышляли об истинной природе этого таинственного вещества, которое стимулирует зрение и делает вещи видимыми.
Что такое Свет?
На протяжении веков наше представление о свете кардинально изменилось. Первые реальные теории о свете появились у древних греков. Многие из этих теорий стремились описать свет как луч - прямую линию, перемещающуюся из одной точки в другую. Пифагор, наиболее известный по теории прямоугольного треугольника, предполагал, что зрение возникает в результате того, что световые лучи выходят из глаза человека и поражают объект. Эпикур утверждал обратное: Объекты производят световые лучи, которые затем попадают в глаз. Другие греческие философы - прежде всего Евклид и Птолемей - довольно успешно использовали диаграммы лучей, чтобы показать, как свет отскакивает от гладкой поверхности или изгибается при переходе от одного прозрачного носителя к другому.
Арабские ученые взяли эти идеи и отточили их еще глубже, развивая то, что сегодня известно как геометрическая оптика, применяя геометрические методы к оптике линз, зеркал и призм. Самым известным практиком геометрической оптики был Ибн аль-Хайтам, живший на территории современного Ирака между 965 и 1039 гг. н. э. Ибн аль-Хайтам определил оптические компоненты человеческого глаза и правильно описал зрение как процесс, при котором световые лучи прыгают от объекта к глазу человека. Арабский ученый также изобрел камеру-обскуру, открыл законы преломления и изучил ряд световых феноменов, таких как радуга и затмение.
К XVII веку некоторые выдающиеся европейские ученые стали по-другому относиться к свету. Одной из ключевых фигур был голландский математик-астроном Кристиан Гюйгенс. В 1690 году Гюйгенс опубликовал свой "Трактат о свете", в котором описал волнистую теорию. В этой теории он размышлял о существовании некой невидимой среды - эфира, заполняющего все пустое пространство между объектами. Далее он предполагал, что свет образуется, когда светящееся тело вызывает серию волн или вибраций в этом эфире. Затем эти волны движутся вперед, пока не столкнутся с объектом. Если этот объект является глазом, волны стимулируют зрение.
Это была одна из самых ранних и красноречивых волновых теорий света. Не все приняли ее. Исаак Ньютон был одним из тех людей. В 1704 году Ньютон предложил другой дубль - описание света как тела, или частицы. В конце концов, свет движется по прямым линиям и отскакивает от зеркала, как шар, отскакивающий от стены. Никто на самом деле не видел частиц света, но даже сейчас легко объяснить, почему это может быть.
Частицы могут быть слишком маленькими, или двигаться слишком быстро, чтобы их можно было увидеть, или, возможно, наши глаза видят их прямо сквозь них.
Как оказалось, все эти теории одновременно правильны и неправильны. И все они полезны для описания определенного поведения света.
Продолжение следует https://zen.yandex.ru/media/id/5eb3b6df260ca90dc39891cd/kak-rabotaet-svet-chast-2-5eb3ffcb260ca90dc39898ff
