Свет как волны
В отличие от волн воды, световые волны идут более сложными путями, и им не нужен медиум для путешествия.
Когда наступил рассвет 19-го века, не было накоплено никаких реальных доказательств, доказывающих теорию волн света. Это изменилось в 1801 году, когда английский врач и физик Томас Янг спроектировал и провел один из самых известных экспериментов в истории науки. Сегодня он известен как эксперимент с двойной щелью и требует простого оборудования - источника света, тонкой карты с двумя отверстиями, вырезанными бок о бок, и экрана.
Чтобы провести эксперимент, Янг пропустил луч света через отверстие и ударил по карте. Если свет содержал частицы или простые прямолинейные лучи, он рассуждал, что свет, не блокированный непрозрачной картой, будет проходить через щели и двигаться по прямой линии к экрану, где он будет образовывать две яркие точки. Это не то, что заметил Янг. Вместо этого он увидел на экране штрих-код из чередующихся светлых и темных полос. Чтобы объяснить эту неожиданную закономерность, он представлял себе свет, путешествующий по пространству, как волна воды, с гребнями и впадинами. Думая так, он пришел к выводу, что световые волны проходят через каждую из щелей, создавая два отдельных волновых фронта. Когда эти волновые фронты достигли экрана, они мешали друг другу. Яркие полосы образовались там, где два волновых фронта накладывались друг на друга и складывались вместе. Темные полосы образовались там, где гребни и впадины выстроились в линию и полностью отменили друг друга.
Работы Юнга вызвали новый взгляд на свет. Ученые стали обращаться к световым волнам и соответственно изменили свои описания отражения и преломления, отметив, что световые волны по-прежнему подчиняются законам отражения и преломления. Кстати, изгиб световой волны объясняет некоторые из зрительных явлений, с которыми мы часто сталкиваемся, например, миражи. Мираж - это оптическая иллюзия, возникающая, когда световые волны, движущиеся с неба в сторону земли, изгибаются нагретым воздухом.
В 1860-х годах шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл положил вишню на вершину модели световых волн, когда он сформулировал теорию электромагнетизма. Максвелл описал свет как особый вид волны, состоящей из электрического и магнитного полей. Поля вибрируют на прямых углах к направлению движения волны, и на прямых углах друг к другу. Потому что свет имеет и электрическое, и магнитное поля, его также называют электромагнитным излучением. Электромагнитное излучение не нуждается в средстве для прохождения, и, когда оно движется в вакууме, движется со скоростью 186 000 миль в секунду (300 000 километров в секунду). Ученые называют это скоростью света, одним из самых важных чисел в физике.
Частоты света
Как только Максвелл ввел понятие электромагнитных волн, все встало на свои места. Теперь ученые могут разработать полную рабочую модель света, используя такие термины и понятия, как длина волны и частота, основанные на структуре и функции волн. Согласно этой модели, световые волны бывают разных размеров. Размер волны измеряется как ее длина волны, которая представляет собой расстояние между любыми двумя соответствующими точками на последовательных волнах, обычно от пика до пика или от впадины до впадины. Длина волны света, которую мы видим, варьируется от 400 до 700 нанометров (или миллиардных долей метра). Но полный диапазон длин волн, включенных в определение электромагнитного излучения, простирается от 0,1 нанометров, как в гамма-излучении, до сантиметров и метров, как в радиоволнах.
Световые волны также приходят на многих частотах. Частотой называется количество волн, которые проходят точку в пространстве в течение любого промежутка времени, обычно в одну секунду. Мы измеряем ее в единицах циклов (волн) в секунду, или герц. Частота видимого света называется цветом и колеблется от 430 триллионов герц, рассматриваемых как красные, до 750 триллионов герц, рассматриваемых как фиолетовые. Опять же, полный диапазон частот простирается за пределы видимой части, от менее чем 3 миллиардов герц, как в радиоволнах, до более чем 3 миллиардов миллиардов герц (3 x 1019), как в гамма-лучах.
Количество энергии в световой волне пропорционально ее частоте: Высокочастотный свет имеет высокую энергию; низкочастотный свет имеет низкую энергию. Таким образом, гамма-лучи имеют наибольшую энергию (часть того, что делает их настолько опасными для человека), а радиоволны - наименьшую. Из видимого света больше всего энергии имеет фиолетовый, меньше всего - красный. Весь диапазон частот и энергий, показанный на сопровождающем рисунке, известен как электромагнитный спектр. Обратите внимание, что рисунок не тяготеет к масштабу и что видимый свет занимает только одну тысячную процента спектра.
Продолжение следует https://zen.yandex.ru/media/id/5eb3b6df260ca90dc39891cd/kak-rabotaet-svet-chast-3-5eb4011913284a1c2411bbeb
