Окружающий мир устроен таким образом, что всё увиденное нами есть свет. Сложно представить, что зрение работает именно так. По сути дела, видимые нами объекты – это некоторые тела, с которыми взаимодействуют световые лучи. Лучи отражаются, преломляются или участвуют в других более сложных физических процессах.
В первую очередь нужно понимать, что такое свет, откуда берутся световые лучи и как физика представляет себе эти явления.
Оказывается, этому вопросу посвящен целый раздел физики, который называется оптика.
Свет в оптике – это электромагнитное излучение. Его способен воспринимать человеческий глаз.
Вы удивитесь, но принцип восприятия света глазом абсолютно такой же, как и у цифровой фотокамеры.
Есть матрица, которая способна принимать свет и выдавать импульс и есть процессор или мозг, способный на этот импульс реагировать и его дешифрировать.
Прежде, чем попасть на матрицу или сетчатку глаза, световой луч преломляется в объективе или хрусталике глаза. Затем луч попадает на светочувствительный слой матрицы или глаза и «рисует картинку».
Логично предположить, что световой поток является чем-то типа радиации и представляет собой поток некоторых частиц, но при этом он видим нашим глазом, что не всегда характерно для других видов излучений.
В самом простом случае свет появляется от солнца (правда может генерироваться и лампочкой, и светлячком, и любым другим источником света).
Солнце – это звезда, в которой постоянно протекают сложные термоядерные реакции с высвобождением света. Высвобождаются фотоны или кванты света. Солнце как будто стреляет этими частичками во все стороны. Они вылетают на огромной скорости и обладают запасом энергии.
Именно их мы и можем наблюдать. Запаса энергии хватает, чтобы долететь до нас с вами.
Было обнаружено, что свет распространяется равномерно и прямолинейно в прозрачной и однородной среде. Этот постулат был зафиксирован, как закон прямолинейного распространения света. Именно в следствие этого обстоятельства мы рисуем световые лучи на схемах к задачам из оптики в виде направленных лучей.
Отрезки со стрелочками или вектора, которые потом проходят через линзы или другие субстанции.
Свет распространяется с определенной скоростью. Это скорость света.
Все мы помним, что в вакууме она равна 3 * 10^9 м/с. Заметьте, что именно в вакууме. В воде эта скорость уже другая и она меньше, чем скорость света в вакууме. Это объясняет, почему свет от солнца до нас доходит, а свет, скажем, от фонаря в соседней деревне - нет. Во всём виновата окружающая среда и её проницаемость для света. И именно благодаря вакууму, первоначальной энергии частицы от солнца хватает, чтобы долететь до нас по той самой прямой линии.
Тут возникает и ещё один интересный вопрос. Насколько далеко может распространяться свет? Ответ прост. Пока ему ничего не мешает - практически бесконечно. Образно можно представить себе частицу, летящую в вакууме, как свинцовую гирю, падающую в пропасть. Только дна тут нет :)...Так, мы видим свет звезд, расположенных за десятки световых лет от нас. Правда доходит он не сразу, а за пару лет.
Возможен такой вариант, что звезды уже не существует, а свет только долетел до нас.
Было обнаружено, что свет обладает как свойствами волны, так и свойствами, характерными для частиц. Это тот самый корпускулярно-волновой дуализм, о котором вы наверняка уже слышали. Процессу открытия этого явления и его пояснению можно посвятить отдельную статью.
Световой луч может отражаться, преломляться, дифрагировать, может происходить интерференция и многие другие интересные процессы. Многие явления природы, включая и наше восприятие окружающих объектов, построено на этих базовых законах.
Про базовые законы оптики и их проявление в природе мы расскажем дополнительно, а пока упомянем основные из них.
Например, объекты мы видим благодаря отражению света. Световой луч падает на объект, отражается от него буквально нам в глаз и создает изображение.
Цвет света (а следовательно и предмета) определяет его длина волны. Именно поэтому одни объекты красные, а другие синие. Белый свет можно легко разложить на спектр благодаря дисперсии света.
Тень образуется в следствие работы закона прямолинейного распространения света. Свет не может пройти сквозь плотный объект и формирует темную неосвещенную зону тени.
Ещё подтверждение прямолинейного распространения света можно увидеть в тумане, если светить прямо перед собой фонариком. Вы увидите луч, который имеет форму и направлен по прямой линии от вас.
Свет может рассеиваться. Именно поэтому, через мутную среду, например через воду с частицами песка, световой луч не проходит полностью.
Это лишь малое количество примеров световых законов, которые мы встречаем в реальной жизни.