Конечно, сегодня речь пойдёт о свете.
Долгое время в период 17 – 20 веков велись ожесточённые споры о том что такое свет: частица или волна.
Первоначально многие учёные склонялись к корпускулярной теории света(корпускула – частица света, фотон) из-за большого авторитета в виде Исаака Ньютона, который и выдвинул её. Его доказательство основывалось на геометрических свойствах света. Также, пропуская солнечный свет через призму, он заметил, что белый цвет «нечистый», т.е. состоит из лучей другого спектра, что и послужило идеей корпускул. Он утверждал, что корпускулы имеют массу и импульс, подчиняются правилам классической механики. То есть свет по Ньютону – это атом света.
Но даже у замечательной теории великого учёного нашлись сильные соперники. Они предполагали, что свет – волна. Здесь будет уместно объяснить доказательство этого, а именно всеми известный опыт Юнга. Сделаю оговорку про самого Юнга, в его авторитете не стоит сомневаться, его современники говорили о нём, как о «последнем человеке, который знал всё», он внёс большой вклад в развитие в медицины, физики, музыки, астрономии и тд, это к тому, что он был не менее авторитетнее Ньютона, который жил за 200 лет до него. Можно также добавить, что своеобразным учителем Юнга в плане волновой теории был Гюйгенс, идеи которого не получили распространения как раз – таки из – за Ньютона, современником которого он был.
Опыт Юнга:
У нас есть стена, в которой проделаны несколько(в нашем случае 2) сквозных отверстий, за этой стеной стоит обычная стена. Пропускаем свет(например фонаря) через отверстия. На стене проецируются интерференционная картина. То, что картина интерференционная и послужило Юнгу доказательством того, что свет имеет волновую природу. Уравнения Максвелла же говорили, что свет – электромагнитная волна.
Итак, теперь мы имеет мы имеет две теории природы света: корпускулярную и волновую. Но и для частиц и для волн необходима среда, через которую они перемещаются, например, для звуковых волн средой перемещения является воздух(собственно почему в космосе нет звука). Так рассуждали физики в 100-200 лет назад. В итоге они пришли к такому выводу: всё пространство заполнено таким веществом, как светоносный или просто эфир. Эфир точка отсчёта относительно всего мира(т.е. он не двигается относительно чего - то) – дополняли другие.
По подсчётам Константина Циолковского( сторонник светоносного эфира) в одном кубическом метре воздуха мы обнаружим пару – тройку молекул эфира, что говорит о его малой плотности.
Эфир верно служил физике длительное время, на его основе делали расчёты, писали статьи, которые подтверждали его существование. Эфир считался чем то привычным и неоспоримым, но наступает 20 век. Эйнштейн выпускает свои работы на тему теории относительности, появляется всеми известная формула E=mc^2, где c – постоянная скорость света во все направления. Ничего удивительного кажется нам сейчас, что свет имеет постоянную скорость, но вся проблема эфира заключалась в том, что скорость света(c) переменная, то есть не является константой, как говорит уравнение энергии.
Это постоянная рушила всё понимание эфира, отрицает его, потому что свету не нужна ныне среда, по которой он бы перемещался.
«Эфир не нужен современной физике, есть почти пустое пространство - вакуум» - говорили прогрессивные физики. И эфир с того момента оставался лишь в памяти.
Но главный вопрос с исчезновением эфира так и не разрешился, а вопрос этот звучит так: свет – волна или свет – частица?
Важную роль в разрешении этого вопроса сыграл вновь Эйнштейн, доказав фотоэффект. Он постулировал, что свет это не волна, он имеет дискретные порции в виде фотонов, которые переносят энергию(для упрощения не будем это разбирать).
И снова пришел на помощь опыт Юнга, но изменённый. Теперь поставили датчики, которые фиксировали действия света.
И здесь начинается самое интересное.
Пустив свет, вы больше не увидите интерференционную картину, вы увидите две полосы из света на стене. То есть свет перестал быть волной и превратился в частицу(хотя это не совсем правильная формулировка, но для этой статьи вполне сойдёт).
Весьма часто можно услышать довольно – таки маргинальные обоснования этого, как то, что человек(наблюдатель) играет какую – то особую роль. Однако это не совсем так. Когда мы не ведём наблюдения свет – волна, его волновая функция( она показывает вероятности того, где находится фотон) не коллапсирует(схлопывается) и следователь, свет – это волна вероятностей того, где находится фотон. Но когда мы смотрим и фиксируем что то в эксперименте Юнга мы вынуждаем волновую функцию сколлапсировать, то есть она принимает определённые значения и принимает дискретные порции, т.е. проявляет характеристику частиц.
Это состояние света частица – волна называется корпускулярно – волновой дуализм,
Простыми словами это можно объяснить так: при разных событиях свет принимает разное состояние.
Тогда, когда мы не взаимодействуем с фотонами, а значит и не взаимодействуем с волновой функцией свет – волна. Когда взаимодействуем – вынуждаем волновую функцию схлопнуться, следовательно свет становится частицей.
Современная наука склоняется и принимает корпускулярно – волновой дуализм.
В этой статье мы разобрали лишь малую долю от всего того, чем так интересен свет, не сказали про квантовые явления, такие как туннелирование или принцип неопределённости Гейзенберга. Потому что статья бы растянулась, значит следующая статья и будет посвещенна другим темам, связанным со светом.