Как проще всего представить свет? Наверное как поток некоторых частиц. Как будто рой пчёл летит в некотором направлении и всё это образует свет, который мы, собственно говоря, и способны увидеть. Да и специальные частицы, из которых "состоит" свет, тоже существуют. Это фотоны. Правда природа фотона - отдельная история, но это уже тема другой статьи.
Поток частиц - это удобное и хорошее описание, которое понравилось "ранним" физикам. Несмотря на существование теории эфира, где свет не являлся потоком частиц, долгое время наука принимала концепцию Ньютона. Тот настаивал, что свет есть частицы и это называлось корпускулярной теорией. В своих рассуждениях Ньютон опирался на способность света распространяться прямолинейно. По его мнению только движение реальных материальных частиц могло обеспечить свету такую траекторию.
Но сторонники эфира никуда не пропали. Несмотря на то, что их идеи не были столь популярны, как работы Ньютона, мысль развивалась и в этом направлении. Предполагалось, что весь космический вакуум заполнен некоторым светоносным эфиром, а свет - это волна, которая распространяется в эфире. Это, в конечном итоге, подразумевает родство света и энергии.
Современники Ньютона Роберт Гук и Кристиан Гюйгенс, а позже и Огюстен-Жан Френель математически доработали волновую теорию, показав, что если бы свет распространялся с разной скоростью в разных средах, преломление можно было бы легко объяснить как зависящее от среды распространение световых волн. Так появился принцип Гюйгенса–Френеля.
Теория устройства света из частиц закачалась, как раненная табуретка. Получалось, что свет действительно часто демонстрировал именно волновые свойства. Стоит тут заметить, что как таковые волны были уже известны физикам и успела сформироваться довольно складная теория волновых процессов.
Позже был проведен знаменитый эксперимент Юнга.
Опыт был гениально прост, но результаты оказались невероятными. Посмотрите на схемку выше. Представьте себе, что высыпаете шарики из бутылки. Точка их падения будет локализована. Если свет - это частицы, то после прохождения светом двух щелей, на экране справа мы увидим в лучшем случае два пятна. Но мы наблюдаем полосатика или интерференционную картину! Полосатое изображение полностью описывается закономерностям волновой физики. Расчётные значения соответствуют ожиданиям.
Так что же...Свет - это волна? Теперь появились все основания считать, что да.
Волновой подход не сразу вытеснил взгляд лучей и частиц, но начал доминировать в научном мышлении о свете с середины 19-го века, поскольку он мог объяснить явления типа поляризации, которые альтернативы не могли. Но зато волновой подход не мог объяснить прочие свойства. Идеи Ньютона слишком рано похоронили. Что делать, например, со световым давлением? Для его объяснения свет должен быть потоком частиц.
Физики не стали долго переживать по этому поводу и пошли самым простым путём - они сказали, что свет является одновременно и потоком частиц (копускул), и волной. Так и появился корпускулярно-волновой дуализм.
Эйнштейн писал про корпускулярно-волновой дуализм:
У нас есть две противоречивые картины реальности. По отдельности ни одна из них полностью не объясняет явление света, но вместе они это делают.
Явление дуализма и по сей день остается интересной физической загадкой. Почему всё работает именно так, ответить никто пока не может. Просто вот такое интересное свойство природы. Важность этого противоречия сложно переоценить. Ведь оно открывает дорогу на квантовую физику. Ещё в начале формирования теории корпускулярно-волнового дуализма появился интересный вопрос:
Почему дуализм не работает на макроуровне?
Почему кирпич, брошенный в окно, не проявляет свойства волны?
Этот вопрос перерастёт в итоге в загадку "работают ли квантовые эффекты на макроуровне". И дуализм, и квантовые эффекты, работают для всех тел, но вклад явлений не настолько значителен, чтобы перекрыть работу макроскопической физики. Зато на микро- и квантовом уровне корпускулярно-волновой дуализм отлично работает! Не нужно думать, что это относится только к свету. Дуализм работает для всех частиц некоторого размерного диапазона.
Современные физические теории предлагают в итоге рассматривать свет ни как частицы со свойствами волны, а как энергию, которая хорошо описывается волновыми законами, а заодно и проявляет свойства частиц.
🚧🚧🚧
✅ Подписывайтесь на канал и обязательно возвращайтесь! Обновления выходят регулярно👀
👍 Ставьте лайк материалу, чтобы поддержать проект!
⚡ Подпишитесь на Telegram моего проекта и читайте интересные эксклюзивные заметки!