Osniva? talasne teorije svetlosti. Dalje formiranje i usavr?avanje teorije. Detaljna analiza luminiscencije

Poslednje gledi?te o prirodi svetlosti kasnije, u 17. veku, oblikovalo se u korpuskularnoj teoriji svetlosti, prema kojoj je svetlost tok nekih ?estica koje emituje svetle?e telo.

Tre?u ta?ku gledi?ta o prirodi svjetlosti iznio je Aristotel. Svjetlost je smatrao djelovanjem ili pokretom koji se ?iri u prostoru (u mediju). Malo je ljudi dijelilo mi?ljenje Aristotela u njegovo vrijeme. Ali kasnije, ponovo u 17. veku, njegovo gledi?te je razvijeno i postavilo temelje talasnoj teoriji svetlosti.

Do sredine 17. vijeka nakupile su se ?injenice koje su gurnule nau?nu misao izvan granica geometrijske optike. Jedan od prvih nau?nika koji je gurnuo nau?nu misao u teoriju talasne prirode svetlosti bio je ?e?ki nau?nik Marci. Njegov rad poznat je ne samo u oblasti optike, ve? iu oblasti mehanike, pa ?ak i medicine. Godine 1648. otkrio je fenomen raspr?ivanja svjetlosti.

U 17. veku U vezi s razvojem optike, pitanje prirode svjetlosti po?elo je izazivati sve ve?i interes. Istovremeno se postepeno formiraju dvije suprotne teorije svjetlosti: korpuskularna i valna. Postojala je povoljnija osnova za razvoj korpuskularne teorije svjetlosti. Zaista, za geometrijsku optiku, ideja da je svjetlost tok posebnih ?estica bila je sasvim prirodna. Pravolinijsko ?irenje svjetlosti, kao i zakoni refleksije i prelamanja, dobro su obja?njeni sa stanovi?ta ove teorije.

Op?a ideja strukture materije tako?er nije bila u suprotnosti s korpuskularnom teorijom svjetlosti. U to vrijeme, pogledi na strukturu materije bili su zasnovani na atomistici. Sva tijela su sastavljena od atoma. Izme?u atoma postoji prazan prostor. Konkretno, tada se vjerovalo da je me?uplanetarni prostor prazan. U njemu se ?iri svjetlost s nebeskih tijela u obliku strujanja svjetlosnih ?estica. Stoga je sasvim prirodno da je u XVII st. bilo je mnogo fizi?ara koji su se pridr?avali korpuskularne teorije svjetlosti. Istovremeno se po?eo razvijati koncept talasne prirode svjetlosti. Descartes se mo?e smatrati osniva?em talasne teorije svjetlosti.

Jedinstvo korpuskularnih i valnih svojstava elektromagnetnog zra?enja

Fenomeni razmatrani u ovom odeljku – zra?enje crnog tela, fotoelektri?ni efekat, Comptonov efekat – slu?e kao dokaz kvantnih (korpuskularnih) ideja o svetlosti kao struji fotona. S druge strane, fenomeni kao ?to su interferencija, difrakcija i polarizacija svjetlosti uvjerljivo potvr?uju talasnu (elektromagnetnu) prirodu svjetlosti. Kona?no, pritisak i prelamanje svjetlosti se obja?njavaju i talasnom i kvantnom teorijom. Dakle, elektromagnetno zra?enje otkriva nevjerovatno jedinstvo naizgled me?usobno isklju?ivih svojstava - kontinuiranih (valovi) i diskretnih (fotoni), koji se me?usobno nadopunjuju.

Detaljnije razmatranje opti?kih pojava dovodi do zaklju?ka da svojstva kontinuiteta, karakteristi?na za elektromagnetsko polje svjetlosnog vala, ne treba suprotstavljati svojstvima diskretnosti, karakteristi?noj za foton. Svetlost, koja poseduje i korpuskularna i talasna svojstva, otkriva odre?ene pravilnosti u njihovom ispoljavanju. Tako se valna svojstva svjetlosti manifestuju u zakonima njenog ?irenja, interferencije, difrakcije, polarizacije, a korpuskularna - u procesima interakcije svjetlosti sa materijom. ?to je talasna du?ina du?a, to su energija i impuls fotona ni?i, a te?e je detektovati kvantna svojstva svetlosti (na primer, postojanje crvene granice fotoelektri?nog efekta je povezano sa ovim). Naprotiv, ?to je valna du?ina kra?a, to je ve?a energija i impuls fotona i te?e je detektovati valna svojstva (na primjer, valna svojstva (difrakcija) rendgenskih zraka otkrivena su tek nakon upotrebe kristala kao difrakciona re?etka).

Odnos izme?u dualnih korpuskularno-valnih svojstava svjetlosti mo?e se objasniti ako se, kao ?to to ?ini kvantna optika, koristi statisti?ki pristup za razmatranje zakona koji reguli?u razmatranje svjetlosti. Na primjer, difrakcija svjetlosti na prorezu sastoji se u ?injenici da kada svjetlost pro?e kroz prorez, fotoni se redistribuiraju u prostoru. Budu?i da vjerovatno?a da fotoni udare u razli?ite ta?ke ekrana nije ista, javlja se difrakcijski uzorak. Osvetljenje ekrana je proporcionalno verovatno?i udaranja fotona po jedinici povr?ine ekrana. S druge strane, prema teoriji valova, osvjetljenje je proporcionalno kvadratu amplitude svjetlosnog vala u istoj ta?ki na ekranu. Stoga je kvadrat amplitude svetlosnog talasa u datoj ta?ki u prostoru mera verovatno?e da ?e fotoni pogoditi tu ta?ku.

Talasna svojstva svjetlosti

Disperzija

Newton se okrenuo prou?avanju boja uo?enih lomom svjetlosti u vezi s poku?ajima pobolj?anja teleskopa. U nastojanju da dobije najbolja mogu?a so?iva, Newton se uvjerio da je glavni nedostatak slika prisustvo obojenih rubova. Istra?uju?i refrakcijsku boju, Newton je napravio svoja najve?a opti?ka otkri?a.

Su?tinu Newtonovih otkri?a obja?njavaju sljede?i eksperimenti: svjetlost iz fenjera obasjava usku rupu S (prorez). Sa so?ivom L, slika proreza se dobija na ekranu MN u obliku kratkog bijelog pravougaonika S`. Postavljanjem prizme P na putanju, ?iji je rub paralelan s prorezom, nalazimo da ?e se slika proreza pomaknuti i pretvoriti u obojenu traku, prijelazi boja u kojima su od crvene do ljubi?aste sli?ni onima uo?enim u dugi. Ovu duginu sliku Njutn je nazvao spektrom.

Ako prorez prekrijete staklom u boji, tj. ako ga umjesto bijelog svjetla usmjerite na prizmu, slika proreza ?e se svesti na obojeni pravougaonik koji se nalazi na odgovaraju?em mjestu u spektru, odnosno u zavisnosti od boje, svjetlost ?e odstupiti pod razli?itim uglovima od originalne slike S `. Opisano zapa?anje pokazuje da se zraci razli?itih boja razli?ito lome prizmom.

Newton je potvrdio ovaj va?an zaklju?ak mnogim eksperimentima. Najva?niji od njih se sastojao u odre?ivanju indeksa prelamanja zraka razli?itih boja izdvojenih iz spektra. U tu svrhu je u ekranu MN izrezana rupa na kojoj se dobija spektar; pomeranjem ekrana bilo je mogu?e izbaciti uski snop zraka jedne ili druge boje kroz rupu. Ova metoda isticanja homogenih zraka je savr?enija od isticanja staklom u boji. Eksperimenti su pokazali da tako odabrana zraka, prelomljena u drugoj prizmi, vi?e ne raste?e traku. Takav snop odgovara odre?enom indeksu prelamanja, ?ija vrijednost ovisi o boji odabranog snopa.

Opisani eksperimenti pokazuju da za uski obojeni snop izolovan iz spektra, indeks loma ima dobro definisanu vrednost, dok se prelamanje bele svetlosti mo?e samo pribli?no okarakterisati jednom vredno??u ovog indeksa. Uspore?uju?i sli?na zapa?anja, Newton je zaklju?io da postoje jednostavne boje koje se ne raspadaju pri prolasku kroz prizmu i slo?ene boje koje predstavljaju skup jednostavnih boja koje imaju razli?ite indekse loma. Konkretno, sun?eva svjetlost je takva kombinacija boja koja se, uz pomo? prizme, razla?e, daju?i spektralnu sliku proreza.

Dakle, Newtonovi glavni eksperimenti sadr?avali su dva va?na otkri?a:

Svjetlost razli?itih boja karakteriziraju razli?iti indeksi prelamanja u datoj tvari (disperzija);

Bijela je kolekcija jednostavnih boja.

Sada znamo da razli?ite boje odgovaraju razli?itim talasnim du?inama svetlosti. Stoga se prvo Newtonovo otkri?e mo?e formulirati na sljede?i na?in: indeks prelamanja materije ovisi o talasnoj du?ini svjetlosti. Obi?no se pove?ava kako se talasna du?ina smanjuje.

Difrakcija

Svjetlosni val ne mijenja geometrijski oblik fronte kada se ?iri u homogenom mediju. Me?utim, ako se ?irenje svjetlosti vr?i u nehomogenom mediju, u kojem, na primjer, postoje neprozirni ekrani, podru?ja prostora sa relativno o?trom promjenom indeksa prelamanja itd., tada dolazi do izobli?enja valnog fronta. posmatrano. U tom slu?aju se intenzitet svjetlosnog vala preraspore?uje u prostoru. Pri osvjetljavanju, na primjer, neprozirnih ekrana sa ta?kastim izvorom svjetlosti na rubu sjene, gdje je, prema zakonima geometrijske optike, trebao do?i do naglog prijelaza iz sjene u svjetlo, niz tamnih i svijetlih traka se posmatraju, a dio svjetlosti prodire u podru?je geometrijske sjene. Ove pojave su povezane sa difrakcijom svjetlosti.

Dakle, difrakcija svjetlosti u u?em smislu je fenomen savijanja svjetlosti oko konture neprozirnih tijela i pada svjetlosti u podru?je geometrijske sjene; u ?irem smislu – svako odstupanje u ?irenju svjetlosti od zakona geometrijske optike.

Sommerfeldova definicija: Pod difrakcijom svjetlosti podrazumijeva se svako odstupanje od pravolinijskog prostiranja, ako se ne mo?e objasniti kao rezultat refleksije, prelamanja ili savijanja svjetlosnih zraka u medijima s konstantno promjenjivim indeksom prelamanja.

Ako medij sadr?i najmanje ?estice (maglu), ili se indeks loma primjetno mijenja na udaljenostima reda valne du?ine, onda se u tim slu?ajevima govori o raspr?enju svjetlosti, a termin "difrakcija" se ne koristi.

Postoje dvije vrste difrakcije svjetlosti. Kada prou?avamo difrakcijski obrazac na to?ki posmatranja koja se nalazi na kona?noj udaljenosti od prepreke, imamo posla s Fresnel-ovom difrakcijom. Ako se ta?ka posmatranja i izvor svetlosti nalaze toliko daleko od prepreke da se zraci koji upadaju na prepreku i zraci koji idu do ta?ke posmatranja mogu smatrati paralelnim snopovima, onda se govori o difrakciji u paralelnim zrakama - Fraunhoferova difrakcija.

Teorija difrakcije razmatra talasne procese u slu?ajevima kada postoje bilo kakve prepreke na putu ?irenja talasa.

Koriste?i teoriju difrakcije, oni rje?avaju probleme kao ?to su za?tita od buke pomo?u akusti?nih ekrana, ?irenje radio valova po povr?ini Zemlje, rad opti?kih instrumenata (po?to je slika koju daje so?ivo uvijek difrakcijski uzorak), mjerenja kvaliteta povr?ine , prou?avanje strukture materije i mnoge druge.

Polarizacija

Fenomeni interferencije i difrakcije, koji su slu?ili za potkrepljivanje talasne prirode svetlosti, jo? ne daju potpunu sliku o prirodi svetlosnih talasa. Nove karakteristike otkriva nam iskustvo prolaska svjetlosti kroz kristale, posebno kroz turmalin.

Uzmite dvije identi?ne pravokutne plo?e od turmalina, izrezane tako da se jedna od strana pravokutnika poklapa s odre?enim smjerom unutar kristala, koji se naziva opti?ka os. Stavimo jednu plo?u na drugu tako da im se osi poklapaju u smjeru i pustimo uski snop svjetla od fenjera ili sunca da pro?e kroz presavijeni par plo?a. Budu?i da je turmalin sme?e-zeleni kristal, trag prenesenog snopa na ekranu ?e se pojaviti kao tamnozelena mrlja. Po?nimo okretati jednu od plo?a oko grede, ostavljaju?i drugu nepomi?no. Utvrdit ?emo da trag zraka postaje slabiji, a kada se plo?a okrene za 900, ona potpuno nestaje. Daljnjom rotacijom plo?e, propu?teni snop ?e ponovo po?eti da raste i dosti?i svoj prethodni intenzitet kada se plo?a okrene za 1800, odnosno kada opti?ke ose plo?a ponovo budu paralelne. Daljnjom rotacijom turmalina, snop ponovo slabi.

Sve uo?ene pojave mogu se objasniti ako se izvuku sljede?i zaklju?ci.

Svjetlosne vibracije u snopu usmjerene su okomito na liniju ?irenja svjetlosti (svjetlosni valovi su popre?ni).

Turmalin je u stanju da prenosi svjetlosne vibracije samo kada su usmjerene na odre?eni na?in u odnosu na njegovu os.

U svjetlu fenjera (sunca) prikazuju se popre?ne vibracije bilo kojeg smjera i to u istom omjeru, tako da nijedan smjer nije dominantan.

Zaklju?ak 3 obja?njava za?to prirodna svjetlost prolazi kroz turmalin u istoj mjeri u bilo kojoj orijentaciji, iako turmalin, prema zaklju?ku 2, mo?e prenositi svjetlosne vibracije samo u odre?enom smjeru. Prolazak prirodne svjetlosti kroz turmalin dovodi do toga da se od popre?nih vibracija biraju samo one vibracije koje turmalin mo?e prenijeti. Stoga ?e svjetlost koja prolazi kroz turmalin biti skup popre?nih vibracija u jednom smjeru, odre?en orijentacijom ose turmalina. Takvu svjetlost ?emo nazvati linearno polariziranom, a ravan koja sadr?i smjer oscilovanja i os svjetlosnog snopa nazvat ?emo ravan polarizacije.

Sada eksperiment s prolaskom svjetlosti kroz dvije uzastopno postavljene turmalinske plo?e postaje jasan. Prva plo?a polarizuje snop svjetlosti koji prolazi kroz nju, ostavljaju?i u njoj samo jedan smjer oscilovanja. Ove vibracije mogu u potpunosti pro?i kroz drugi turmalin samo ako se njihov smjer poklapa sa smjerom vibracija koje prenosi drugi turmalin, odnosno kada je njegova osa paralelna s osi prvog. Ako je smjer vibracija u polariziranoj svjetlosti okomit na smjer vibracija koje prenosi drugi turmalin, tada ?e svjetlost biti potpuno blokirana. Ako smjer oscilacije u polariziranoj svjetlosti ?ini o?tar ugao sa smjerom koji prenosi turmalin, tada ?e se oscilacija prenositi samo djelomi?no.

Kvantna svojstva svjetlosti

fotoelektri?ni efekat

Planckova hipoteza o kvantima poslu?ila je kao osnova za obja?njenje fenomena fotoelektri?nog efekta, otkrivenog 1887. godine. njema?ki fizi?ar Heinrich Hertz.

Fenomen fotoelektri?nog efekta se otkriva pri osvjetljavanju cin?ane plo?e spojene na ?ipku elektrometra. Ako se pozitivno naelektrisanje prenese na plo?u i ?tap, tada se elektrometar ne prazni kada je plo?a osvijetljena. Kada se na plo?u prenese negativni elektri?ni naboj, elektrometar se isprazni ?im ultraljubi?asto zra?enje dospije na plo?u. Ovaj eksperiment dokazuje da se negativni elektri?ni naboji mogu osloboditi s povr?ine metalne plo?e pod djelovanjem svjetlosti. Mjerenja naboja i mase ?estica izba?enih svjetlo??u pokazala su da su te ?estice elektroni.

Postoji nekoliko vrsta fotoelektri?nih efekata: spolja?nji i unutra?nji fotoelektri?ni efekat, fotoelektri?ni efekat ventila i niz drugih efekata.

Vanjski fotoelektri?ni efekat je fenomen izvla?enja elektrona iz tvari pod djelovanjem svjetlosti koja pada na nju.

Unutarnji fotoelektri?ni efekat je pojava slobodnih elektrona i rupa u poluvodi?u kao rezultat prekida veza izme?u atoma uslijed energije svjetlosti koja pada na poluvodi?.

Fotoelektri?ni efekat kapije je pojava elektromotorne sile pod dejstvom svetlosti u sistemu koji sadr?i kontakt dva razli?ita poluprovodnika ili poluprovodnika i metala.

Comptonov efekat

Najpotpunije korpuskularne osobine svjetlosti manifestiraju se u Comptonovom efektu. Ameri?ki fizi?ar A. Compton (1892 - 1962), prou?avaju?i 1923. raspr?ivanje monokromatskog rendgenskog zra?enja supstancama sa lakim atomima (parafin, bor), otkrio je da u sastavu raspr?enog zra?enja, zajedno sa zra?enjem originalne talasne du?ine, prime?uje se i zra?enje du?e talasne du?ine.

Comptonov efekt naziva se elasti?no raspr?ivanje kratkovalnog elektromagnetnog zra?enja (rendgenskog i gama zra?enja) na slobodne (ili slabo vezane) elektrone tvari, pra?eno pove?anjem valne duljine. Ovaj efekat se ne uklapa u okvire teorije talasa, prema kojoj se talasna du?ina ne bi smela menjati tokom rasejanja: pod dejstvom periodi?nog polja svetlosnog talasa, elektron oscilira frekvencijom polja i stoga emituje raspr?ene talase iste frekvencije.

Obja?njenje Comptonovog efekta je dato na osnovu kvantnih koncepata prirode svjetlosti. Ako pretpostavimo, kao ?to to ?ini kvantna teorija, da je zra?enje korpuskularne prirode.

Komptonov efekat se ne prime?uje samo na elektronima, ve? i na drugim naelektrisanim ?esticama, kao ?to su protoni, me?utim, zbog velike mase protona, njegov trzaj je "vidljiv" samo kada se raspr?e fotoni veoma visokih energija.

I Komptonov efekat i fotoelektri?ni efekat zasnovan na kvantnim konceptima nastaju zbog interakcije fotona sa elektronima. U prvom slu?aju, foton se raspr?uje, u drugom se apsorbuje. Do raspr?ivanja dolazi kada foton stupi u interakciju sa slobodnim elektronima, a fotoelektri?ni efekat nastaje kada je u interakciji sa vezanim elektronima. Mo?e se pokazati da kada se foton sudari sa slobodnim elektronima, ne mo?e do?i do apsorpcije fotona, jer je to u suprotnosti sa zakonima odr?anja impulsa i energije. Stoga, kada fotoni stupaju u interakciju sa slobodnim elektronima, mo?e se uo?iti samo njihovo raspr?ivanje, odnosno Comptonov efekat.

zaklju?ci

Dakle, svjetlost je korpuskularna u smislu da su njena energija, impuls, masa i spin lokalizirani u fotonima, a ne zamu?eni u prostoru, ali ne i u smislu da se foton mo?e locirati na datom to?no odre?enom mjestu u prostoru. Svetlost se pona?a kao talas u smislu da su ?irenje i distribucija fotona u prostoru verovatno?a: verovatno?a da se foton nalazi u datoj ta?ki data je kvadratom amplitude u toj ta?ki. Ali probabilisti?ka (talasna) priroda distribucije fotona u prostoru ne zna?i da se foton nalazi u bilo kojoj ta?ki u svakom trenutku vremena.

Dakle, svjetlost kombinuje kontinuitet talasa i diskretnost ?estica. Ako uzmemo u obzir da fotoni postoje samo kada se kre?u (brzinom c), onda dolazimo do zaklju?ka da su i valna i korpuskularna svojstva istovremeno inherentna svjetlosti. Ali u nekim pojavama, pod odre?enim uslovima, glavnu ulogu imaju ili talasna ili korpuskularna svojstva, a svetlost se mo?e posmatrati ili kao talas ili kao ?estice (korpuskule).

Knji?evnost

Detlaf A. A., Yavorsky B. M. Kurs fizike. Moskva: Vi?a ?kola, 2000.

Trofimova T. I. Kurs fizike. M.: Vi?a ?kola 2001.

Kuhling H. Handbook of Physics. M.: Mir 1982.

Gursky IP Elementarna fizika. M., 1984.

Tarasov L. V., Tarasova A. N. Razgovori o lomu svjetlosti. M.,. Nauka, 1982.

Talasna teorija svetlosti

Prisjetimo se za?to smo prestali da opisujemo opti?ke fenomene. Na? cilj je bio da uvedemo jo? jednu teoriju svjetlosti, razli?itu od korpuskularne, ali i poku?aj da objasnimo isto podru?je ?injenica. Da bismo to u?inili, morali smo prekinuti na?u pri?u i uvesti pojam valova. Sada se mo?emo vratiti na?oj temi. Prvi koji je iznio potpuno novu teoriju svjetlosti bio je Njutnov savremenik Hajgens. U svojoj raspravi o svjetlu napisao je:

“Ako, osim toga, svjetlost koristi neko vrijeme za svoj prolaz – ?to ?emo sada provjeriti – onda iz ovoga slijedi da ovo kretanje, saop?teno okolnoj materiji, slijedi jedno za drugim u vremenu; stoga se, poput zvuka, ?iri sfernim povr?inama i valovima; Ja ih zovem talasima, po sli?nosti koju imaju sa talasima koji nastaju na vodi kada se u nju baci kamen, a koji su sukcesivno ?ire?i krugovi, iako nastaju iz drugog uzroka i nalaze se samo na ravnoj povr?ini.

Prema Hajgensu, svetlost je talas, prenos energije, a ne supstanca. Vidjeli smo da korpuskularna teorija obja?njava mnoge uo?ene ?injenice. Da li je i teorija talasa sposobna da to uradi? Moramo ponovo postaviti ona pitanja na koja je ve? odgovorila korpuskularna teorija, da vidimo mo?e li teorija valova odgovoriti na njih s istim uspjehom. U?inimo to ovdje u obliku dijaloga izme?u N i G, gdje je N sagovornik uvjeren u valjanost Newtonove korpuskularne teorije, a G je sagovornik uvjeren u valjanost Huygensove teorije. Nijednom nije dozvoljeno primijeniti argumente primljene nakon ?to je posao oba velika majstora zavr?en.

H: U korpuskularnoj teoriji, brzina svjetlosti ima sasvim odre?eno zna?enje. Ovo je brzina kojom se korpukuli kre?u u praznom prostoru. ?ta to zna?i u teoriji talasa?

G: Naravno, to zna?i brzinu svetlosnog talasa. Svi znaju da se talas ?iri odre?enom brzinom, a isto mora va?iti i za talase svetlosti.

H: Nije tako lako kao ?to se ?ini. Zvu?ni talasi putuju u vazduhu, morski talasi putuju u vodi. Svaki talas mora imati materijalnu sredinu u kojoj se ?iri. Ali svjetlost putuje kroz vakuum, a zvuk ne. Pretpostaviti val u praznom prostoru u stvari je pretpostaviti da uop?e nema vala.

G: Da, ovo je te?ko?a, iako mi nije nova. Moj u?itelj je to vrlo pa?ljivo prou?avao i odlu?io da je jedini izlaz pretpostaviti postojanje hipoteti?ke supstance, eter, medij za prijenos koji ispunjava cijeli univerzum. Univerzum je, da tako ka?em, uronjen u etar. Ako imamo hrabrosti da uvedemo ovaj koncept, onda nam sve postaje jasno.

H: Ali prigovaram ovoj pretpostavci. Prvo, uvodi novu hipoteti?ku supstancu, a ve? imamo previ?e supstanci u fizici. Postoji i drugi argument protiv toga. Nemate sumnje da sve moramo objasniti u granicama mehanike. ?ta je sa eterom? Mo?ete li odgovoriti na jednostavno pitanje o tome kako je eter izgra?en od svojih elementarnih ?estica i kako se nalazi u drugim pojavama?

G: Va? prvi prigovor je, naravno, ta?an. Ali, uvo?enjem neke vrste vje?ta?kog beste?inskog etra, odmah se osloba?amo mnogo vi?e umjetnih svjetlosnih ?estica. Imamo samo jednu "misterioznu" supstancu umjesto beskona?nog broja njih, ?to odgovara ogromnom broju boja u spektru. Ne mislite li da je ovo pravi napredak? Barem su sve pote?ko?e koncentrisane u jednoj ta?ki. Vi?e nam nije potrebna vje?ta?ka pretpostavka da se ?estice razli?itih boja kre?u istom brzinom u praznom prostoru.

Va? drugi prigovor je tako?er valjan. Ne mo?emo dati mehani?ko obja?njenje za etar. Ali nema sumnje da ?e daljnje prou?avanje opti?kih i, mo?da, drugih fenomena otkriti njegovu strukturu. U ovom trenutku moramo o?ekivati nove eksperimente i zaklju?ke, ali se nadam da ?emo na kraju uspjeti rije?iti problem mehani?ke strukture etra.

H: Ostavimo ovo pitanje za sada, jer se ono sada ne mo?e rije?iti. Voleo bih da vidim kako va?a teorija, ?ak i ako odbacimo pote?ko?e, obja?njava one fenomene koji su tako jasni i razumljivi u korpuskularnoj teoriji. Uzmimo, na primjer, ?injenicu da svjetlosni zraci prolaze vakuum ili u vazduhu du? pravih linija. Par?e papira postavljeno ispred svije?e stvara jasnu i o?tro definiranu sjenu na zidu. O?tre senke bi bile nemogu?e da je teorija talasa ta?na, jer bi talasi obilazili ivice papira i na taj na?in razmazali senku. Mali brod nije prepreka morskim talasima, kao ?to znate; jednostavno ga obilaze ne bacaju?i senku.

G: Ovo je neuvjerljiv argument. Uzmite kratke valove na rijeci koja udara o bok velikog broda. Talasi koji nastaju na jednoj strani broda ne?e biti vidljivi na drugoj strani. Ako su valovi dovoljno mali, a brod dovoljno velik, pojavljuje se vrlo jasna sjena. Vrlo je mogu?e da nam se ?ini da svjetlost putuje pravim linijama samo zato ?to je njena talasna du?ina veoma mala u pore?enju sa veli?inom uobi?ajenih prepreka i rupa koje se koriste u eksperimentima. Mogu?e je da kada bismo mogli stvoriti dovoljno male prepreke, ne bi bilo sjene. Mo?emo nai?i na velike eksperimentalne pote?ko?e u konstruisanju instrumenata koji mogu pokazati da li je svetlost u stanju da se savije oko prepreka. Ipak, ako bi se takav eksperiment mogao izvesti, on bi bio odlu?uju?i u borbi izme?u valne i korpuskularne teorije svjetlosti.

H: Talasna teorija mo?e dovesti do novih ?injenica u budu?nosti, ali ne znam nijedan dokaz koji bi to uvjerljivo potkrijepio. Dok se definitivno eksperimentalno ne doka?e da se svjetlost mo?e savijati oko prepreka, ne vidim razloga da napustim korpuskularnu teoriju, koja mi se ?ini jednostavnijom i stoga boljom od teorije valova.

U ovom trenutku mo?emo prekinuti dijalog, iako njegova tema nikako nije iscrpljena.

Ostaje da se poka?e kako teorija valova obja?njava prelamanje svjetlosti i raznolikost boja. Kao ?to znamo, korpuskularna teorija mo?e dati takvo obja?njenje. Po?e?emo s lomom, ali prvo ?e biti korisno razmotriti primjer koji nema nikakve veze s optikom.

Neka dvoje ljudi pro?etaju velikim otvorenim prostorom dr?e?i tvrdu ?ipku izme?u sebe. U po?etku idu pravo, oboje istom brzinom. Sve dok su njihove brzine iste, da li su velike ili male, nije bitno, ?tap ?e se kretati paralelno, odnosno ne?e se okretati niti mijenjati smjer. Svi uzastopni polo?aji ?tapa su me?usobno paralelni. Ali zamislite sada da su u vrlo kratkom vremenu, mo?da jednakom djeli?ima sekunde, pokreti obje osobe postali nejednaki. ?ta ?e se desiti? Jasno je da ?e se za to vrijeme ?tap rotirati, tako da se vi?e ne?e kretati paralelno sa prvobitnim polo?ajem. Kada se kretanje ponovo nastavi jednakom brzinom, imat ?e smjer druga?iji od prvobitnog (Sl. 43.) Promjena smjera se de?ava u vremenskom periodu u kojem je brzina oba pje?aka bila razli?ita.

Ovaj primjer ?e nam omogu?iti da razumijemo prelamanje talasa. Ravan talasa koji se kre?e u eteru dopire do povr?ine stakla. Na sl. 44 vidimo talas sa relativno ?irokim frontom koji se kre?e napred. Front talasa je ravan u kojoj su u svakom trenutku svi delovi etra u istom stanju. Budu?i da brzina ovisi o mediju kroz koji svjetlost prolazi u datom trenutku, brzina u staklu ?e se razlikovati od brzine u praznom prostoru. Tokom veoma kratkog vremena potrebnog da front talasa u?e u staklo, razli?iti delovi fronta talasa ?e imati razli?ite brzine. Jasno je da ?e se oni dijelovi koji su ve? stigli do stakla kretati brzinom svjetlosti u staklu, dok se ostali dijelovi jo? uvijek kre?u brzinom svjetlosti u eteru. Zbog ove razlike u brzinama du? fronta talasa, koja postoji za vreme "uranjanja" u staklo, promeni?e se i smer samog talasa.

Dakle, vidimo da ne samo korpuskularna, ve? i talasna teorija vodi do obja?njenja refrakcije. Dalja razmatranja i odre?ena primjena matematike pokazuju da je obja?njenje teorije valova jednostavnije i bolje, te da su njene posljedice u potpunosti u skladu sa opa?anjem. Zaista, kvantitativne metode razmatranja nam omogu?avaju da izvedemo brzinu svjetlosti u lomnoj sredini, ako znamo kako se snop lomi kada u?e u njega. Direktna mjerenja briljantno potvr?uju ova predvi?anja, a time i valovnu teoriju svjetlosti.

Jo? uvijek postoji pitanje boje.

Treba imati na umu da val karakteriziraju dva broja - brzina i valna du?ina. Sljede?a izjava talasne teorije svjetlosti je veoma zna?ajna: razli?ite talasne du?ine odgovaraju razli?itim bojama. Talasna du?ina homogene ?ute svjetlosti razlikuje se od talasne du?ine plave ili ljubi?aste. Umjesto vje?ta?kog razdvajanja korpuskula koje pripadaju razli?itim bojama, imamo prirodnu razliku u talasnoj du?ini.

Iz toga slijedi da se Newtonovi eksperimenti o disperziji svjetlosti mogu opisati na dva razli?ita jezika - jezikom korpuskularne teorije i jezikom teorije valova. Na primjer:

korpuskularnog jezika

Tela koja pripadaju razli?itim bojama imaju istu brzinu u vakuumu, ali razli?ite brzine u staklu.

Bijela svjetlost je skup korpuskula koje pripadaju razli?itim bojama, dok su u spektrima razdvojene.

talasni jezik

Zraci razli?itih talasnih du?ina, vezani za razli?ite boje, imaju istu brzinu u eteru, ali razli?ite brzine u staklu.

Bijela svjetlost je skup talasa svih talasnih du?ina, dok su u spektru razdvojeni.

?inilo bi se mudrim izbje?i dvosmislenost koja proizlazi iz ?injenice da postoje dvije razli?ite teorije za isti fenomen, odlu?iv?i se u korist jedne od njih nakon pa?ljivog razmatranja prednosti i nedostataka svake od njih. Dijalog izme?u N i G pokazuje da to nije lak zadatak. Odluka s ove ta?ke gledi?ta bila bi vi?e stvar ukusa nego stvar nau?nog uvjerenja. U Newtonovo vrijeme i 100 godina kasnije, ve?ina fizi?ara preferirala je korpuskularnu teoriju.

Istorija je donela svoju presudu u korist talasne teorije i protiv korpuskularne teorije mnogo kasnije, sredinom 19. veka. N je, u razgovoru sa G, izjavio da je, u principu, mogu?e eksperimentalno rije?iti spor izme?u dvije teorije. Korpuskularna teorija ne dozvoljava svjetlosti da zaobi?e prepreke i zahtijeva jasne sjene. Prema teoriji valova, dovoljno male prepreke ne?e baciti nikakvu sjenu. U radu Junga i Fresnela, ovaj rezultat je dobijen eksperimentalno; tu su doneseni teorijski zaklju?ci.

Ve? smo govorili o izuzetno jednostavnom eksperimentu u kojem je ekran sa rupom postavljen ispred ta?kastog izvora svjetlosti i sjena je ba?ena na zid. U nastavku ?emo pojednostaviti eksperiment uz pretpostavku da izvor emituje ujedna?enu svjetlost. Za najbolje rezultate, izvor svjetlosti mora biti jak. Zamislite da rupa na ekranu postaje sve manja i manja. Ako imamo na raspolaganju jak izvor i uspemo da rupu u?inimo dovoljno malom, tada se otkrivaju novi i iznena?uju?i fenomeni, potpuno neshvatljivi sa stanovi?ta korpuskularne teorije. Vi?e ne postoji o?tra razlika izme?u svjetla i tame. Svjetlost postepeno blijedi u tamnu pozadinu kroz niz svijetlih i tamnih prstenova. Pojava prstenova je vrlo karakteristi?na za teoriju valova. Obja?njenje za izmjenu svijetlih i tamnih traka bit ?e jasno u slu?aju malo druga?ije eksperimentalne postavke. Pretpostavimo da imamo list crnog papira sa dvije rupe za igle kroz koje svjetlost mo?e pro?i. Ako su rupe blizu jedna drugoj i vrlo male, i ako je jednoli?no svjetlo dovoljno jako, tada ?e se na zidu pojaviti mnoge svijetle i tamne pruge, koje postupno slabe i pretvaraju se u tamnu pozadinu. Obja?njenje je vrlo jednostavno. Tamna traka se pojavljuje na mestu gde se talasna korita iz jedne rupe susre?u sa vrhom talasa iz druge, tako da se oba poni?tavaju. Svjetlosna pruga je mjesto gdje se dva korita ili dva vrha talasa koji dolaze iz obje rupe susre?u i poja?avaju jedno drugo. Obja?njenje tamnih i svijetlih prstenova u prethodnom primjeru, u kojem smo koristili ekran s jednom rupom, je slo?enije, ali je u principu isto. Ova pojava tamnih i svijetlih traka dok svjetlost prolazi kroz dva proreza, i tamnih i svijetlih prstenova dok prolazi kroz rupu, mora se imati na umu, jer ?emo se kasnije vratiti na raspravu o obje razli?ite slike. Ovdje opisani eksperimenti otkrivaju difrakcija svetlost - odstupanje svetlosti od pravolinijskog ?irenja, kada se male rupe ili prepreke nalaze na putu svetlosnih talasa (sl. 45–47).

Rice. 45. Iznad vidimo fotografiju svjetlosnih ta?aka nakon ?to su dva snopa pro?la kroz dvije male rupe, jedan za drugim (prvo je jedan prorez bio otvoren, zatim se zatvorio, a drugi otvorio). Ispod vidimo pruge koje proizlaze iz ?injenice da je snop istovremeno pro?ao kroz obje male rupe (fotografija V. Arkadiev)

Rice. 46. Difrakcija svjetlosti kao rezultat savijanja zraka oko vrlo male prepreke (Foto V. Arkadiev)

Rice. 47. Difrakcija svjetlosti kao rezultat prolaska zraka kroz vrlo malu rupu (Foto V. Arkadiev)

Uz pomo? matematike mo?emo i?i mnogo dalje. Mo?ete podesiti koliko duga, odnosno koliko mala mora biti valna du?ina da bi se stvorio uzorak difrakcije. Dakle, opisani eksperimenti nam omogu?avaju da odredimo talasnu du?inu homogene svetlosti. Da bismo dali predstavu o tome koliko su male ove veli?ine, nazna?i?emo valne du?ine ekstremnih zraka vidljivog sun?evog spektra, odnosno valne du?ine crvenih i ljubi?astih zraka. Talasna du?ina crvene svjetlosti je 0,00008 cm, a talasna du?ina ljubi?aste svjetlosti 0,00004 cm.

Ne treba nas ?uditi ?to su te koli?ine vrlo male. Precizno definisana senka, odnosno fenomen pravolinijskog ?irenja svetlosti, uo?ava se u prirodi samo zato ?to su rupe i prepreke na koje se obi?no nailazi izuzetno velike u odnosu na talasnu du?inu svetlosti. Svetlost otkriva svoju talasnu prirodu samo kada se koriste veoma mali otvori i prepreke.

Ali istorija potrage za teorijom svetlosti nikako nije zavr?ena. Presuda iz 19. veka nije bila poslednja i kona?na. Za moderne fizi?are, cijeli problem izbora izme?u korpuskula i valova ponovo postoji, sada u mnogo dubljem i slo?enijem obliku. Prihvatimo poraz korpuskularne teorije svjetlosti dok ne otkrijemo da je priroda pobjede teorije valova problemati?na.

Iz knjige Revolucija u fizici autor de Broglie Louis

Poglavlje VIII. Mehanika valova 1. Osnovne ideje valne mehanike Godine 1923. postalo je gotovo jasno da su Bohrova teorija i stara kvantna teorija samo posredna karika izme?u klasi?nih koncepata i nekih vrlo novih pogleda, omogu?avaju?i dublji uvid u

Iz knjige Medicinska fizika autor Podkolzina Vera Aleksandrovna

Poglavlje XII. Talasna mehanika sistema i Paulijev princip 1. Talasna mehanika sistema ?estica Do sada smo razmatrali novu mehaniku samo za slu?aj kada se jedna ?estica kre?e u datom polju sila. Ponekad smo pretpostavili da jedan ili drugi princip tako?e va?i

Iz knjige Tajne prostora i vremena autor Komarov Victor

1. Talasna mehanika sistema ?estica Do sada smo razmatrali novu mehaniku samo za slu?aj kada se jedna ?estica kre?e u datom polju sila. Ponekad smo pretpostavili da jedan ili drugi princip va?i i za sistem; a po?to fizika pretpostavlja su?tinski

Iz knjige Evolucija fizike autor Einstein Albert

53. Talasna optika Talasna svojstva svjetlosti. Svetlost je elektromagnetni talas frekvencijskog opsega 13 x 1014-8 x h 1014 Hz koji percipira ljudsko oko, odnosno talasna du?ina je 380 x 770 nm. Svetlost ima sva svojstva elektromagnetnih talasa: refleksiju, prelamanje, interferenciju,

Iz knjige 50 godina sovjetske fizike autor Leshkovtsev Vladimir Aleksejevi?

54. Polarizacija svjetlosti Svjetlost je popre?ni elektromagnetni talas. Polarizacija svjetlosti je poredak u orijentaciji vektora elektri?nog i magnetskog polja svjetlosnog vala u ravni okomitoj na svjetlosni snop. prirodno svjetlo

Iz knjige ?ta svetlost govori autor Suvorov Sergej Georgijevi?

Iz knjige Istorija lasera autor Bertolotti Mario

Brzina svjetlosti U Galilejevim "Razgovorima o dvije nove nauke" nalazimo razgovor izme?u u?itelja i njegovih u?enika o brzini svjetlosti: Sagredo: Ali kakva i kolika brzina treba da bude ovo kretanje svjetlosti? Da li to trebamo smatrati trenutnim, ili se de?avaju u vremenu, kao

Iz knjige Hyperspace od Kaku Michio

Svjetlosni kvanti Zamislite zid izgra?en du? morske obale. Morski valovi neprestano udaraju o zid, svaki put ispiraju ne?to s njegove povr?ine i povla?e se, osiguravaju?i slobodan put nadolaze?im valovima. Masa zida je smanjena i mo?emo se zapitati kako

Iz knjige Oko i sunce autor Vavilov Sergej Ivanovi?

BR?E OD SVJETLOSTI Odli?an primjer prakti?ne va?nosti definicije luminiscencije koju je dao SI Vavilov je izvanredno otkri?e efekta "superluminalnog" elektrona. ?ele?i da prou?avaju luminiscenciju rastvora koji nastaju pod dejstvom koje nije svetlost

Iz autorove knjige

svjetlosna modulacija. Transformacija svjetlosti na ?ovjekov aktivni odnos prema prirodi Snaga ?ovjekovog uma le?i u njegovom aktivnom odnosu prema prirodi. ?ovjek ne samo da promi?lja, ve? i preobra?ava prirodu. Kad bi barem pasivno promatrao svjetlost kao ne?to u ?emu se nalazi

Iz autorove knjige

1. POGLAVLJE TALASNE I KORPUSKULARNE TEORIJE SVETLOSTI Ljudi koji su igrali centralnu ulogu u istoriji teorije svetlosti bili su Huk, Hajgens i Njutn. Hooke i Newton su bili Britanci, Huygens je bio Holan?anin. Svi su dali izuzetan doprinos raznim oblastima fizike i osnovali se

Iz autorove knjige

Njutnova teorija svetlosti Ud?benik Optika (1704) po?inje definisanjem karakteristika snopa svetlosti: zraci svetlosti poti?u od Sunca i dopiru do nas kroz svemir. Svaka vrsta zraka proizvodi druga?iji osje?aj u oku; crvena, zelena, plava itd. prirodna svetlost sunca

Iz autorove knjige

Teorija talasa vremenom postaje dominantna. I talasna i korpuskularna teorija dovele su do ?estokih rasprava me?u svojim prista?ama, dok su eksperimenti i teorijska razmatranja T. Junga (1773-1829), E. L. Malusa (1775-1812), L. Eulera (1707) -1783), A. Fresnel (1788-1827), Joseph

Iz autorove knjige

Talasna funkcija svemira Hawking je jedan od osniva?a nove nau?ne discipline koja se zove kvantna kosmologija. U po?etku, terminologija se ?inila kontradiktornom. Rije? kvant se odnosi na beskona?no mali svijet kvarkova i neutrina, a kosmologija je povezana sa

Talasna teorija svetlosti

Talasna teorija svetlosti- jedna od teorija koja obja?njava prirodu svjetlosti. Glavni stav teorije zasniva se na ?injenici da svetlost ima talasnu prirodu, odnosno da se pona?a kao elektromagnetski talas (boja svetlosti koju vidimo zavisi od ?ije du?ine zavisi).

Teoriju potvr?uju mnogi eksperimenti (posebno iskustvo T. Younga), a ovakvo pona?anje svjetlosti (u obliku elektromagnetnog vala) je uo?eno u fizi?kim pojavama kao ?to su disperzija, difrakcija i interferencija svjetlosti. Me?utim, mnoge druge fizi?ke pojave povezane sa svjetlo??u ne mogu se objasniti samo teorijom valova.

Teorija poti?e od Hajgensa. Svjetlost smatra skupom popre?nih monohromatskih elektromagnetnih talasa, a uo?ene opti?ke efekte kao rezultat interferencije ovih talasa. Pretpostavlja se da u nedostatku prijelaza energije zra?enja u druge vrste energije, ovi valovi ne uti?u jedni na druge u smislu da, nakon ?to su izazvali fenomene interferencije u odre?enom podru?ju prostora, val nastavlja da se ?iri dalje bez promjene. njegove karakteristike. Talasna teorija elektromagnetnog zra?enja na?la je svoj teorijski opis u Maksvelovim radovima u obliku Maksvelovih jedna?ina. Kori?tenje koncepta svjetlosti kao vala omogu?ava da se objasne fenomeni povezani sa interferencijom i difrakcijom, uklju?uju?i strukturu svjetlosnog polja (snimanje i holografija).

vidi tako?e

Wikimedia fondacija. 2010 .

Pogledajte ?ta je "Talasna teorija svetlosti" u drugim re?nicima:

talasna teorija svetlosti- bangin? ?viesos teorija statusa T sritis fizika atitikmenys: engl. valovita teorija svjetlosti; talasna teorija svetlosti vok. Wellentheorie des Lichtes, f rus. talasna teorija svetlosti, f pranc. th?orie ondulatoire de la lumi?re, f … Fizikos termin? ?odynas

Svjetlost je jedna od teorija koja obja?njava prirodu svjetlosti. Glavni stav teorije zasniva se na ?injenici da svetlost ima talasnu prirodu, odnosno da se pona?a kao elektromagnetski talas (boja svetlosti koju vidimo zavisi od ?ije du?ine zavisi). Teorija ... ... Wikipedia

Fizi?ka sekcija optika, koja prou?ava sveukupnost pojava u kojima se pojavljuju valovi. priroda sveta. Ideje o talasima. Karakter ?irenja svjetlosti se?e do temeljnog Gollovog djela. nau?nik 2. sprat. 17. vek X. Huygens. Stvorenja. razvoj V. o. ... ... Physical Encyclopedia

Najrazvijeniji oblik organizacije nau?nog znanja, koji daje holisti?ki pogled na obrasce i bitne veze prou?avanog podru?ja stvarnosti. Primjeri tzv. su klasi?na mehanika I. Newtona, korpuskularna i talasna ... ... Philosophical Encyclopedia

- (od gr?kog theoria posmatranje, razmatranje, istra?ivanje) najrazvijeniji oblik organizacije nau?nog znanja, koji daje holisti?ki pogled na obrasce i bitne veze odre?enog podru?ja stvarnosti. Primjeri T. su ... ... Rje?nik logi?kih pojmova

Teorija koja razmatra sve vrste oscilacija, apstrahiraju?i od njihove fizi?ke prirode. Za to se koristi aparat diferencijalnog ra?una. Sadr?aj 1 Harmoni?ne vibracije ... Wikipedia

Talasna povr?ina je lokus ta?aka koje su poreme?ene generalizovanom koordinatom u istoj fazi. Ako je izvor talasa ta?ka, tada su talasne povr?ine u homogenom i izotropnom prostoru ... ... Wikipedia

Kvantna mehanika ... Wikipedia

Teorija plasti?nosti je grana mehanike kontinuuma, ?iji je zadatak da odredi napone i pomake u deformabilnom tijelu izvan granica elasti?nosti. Strogo govore?i, u teoriji plasti?nosti pretpostavlja se da je stanje naprezanja ... ... Wikipedia

Mehanika kontinuuma ... Wikipedia

Knjige

Talasna teorija svjetlosti, J. W. Strutt. Talasna teorija svjetlosti John-Williama Strutta, Lord Rayleigh (ta?nije Reilly), koju je napisao kao ?lanak za 9. izdanje Encyclopaedia Britaunica 1888. Majstor duboke i suptilne analize…

Interferencija talasa. koherentni talasi. Razlika izme?u dva talasa. Uslovi za maksimume i minimume interferencije

Maksimalni i minimalni uslovi interferencije

Tema 9. Talasna teorija svjetlosti. Smetnje svetlosti. Youngova metoda

smetnje talasi je fenomen poja?anja oscilacija u nekim ta?kama u prostoru i slabljenja oscilacija u drugim ta?kama kao rezultat superpozicije dva ili vi?e talasa koji dolaze u ove ta?ke. Kada se dva (ili vi?e) svjetlosnih valova superponiraju, dolazi do prostorne preraspodjele svjetlosnog toka, uslijed ?ega se na nekim mjestima pojavljuju maksimumi, a na drugima minimumi intenziteta. Neophodan uslov za posmatranje stabilnog uzorka interferencije je koherentnost savijeni talasi. koherentan nazivaju se valovi iste frekvencije, oscilacije u kojima se razlikuju faznom razlikom koja je konstantna u vremenu.

Za dobijanje koherentnih svetlosnih talasa koristi se metoda podele talasa koji emituje jedan izvor na dva dela, koji nakon prolaska kroz razli?ite opti?ke staze superponirani jedan na drugi, i kao rezultat toga, uo?ava se interferentni obrazac.

Proizvod geometrijske du?ine s putanju svetlosnog talasa u datom mediju po indikatoru n prelamanje ovog medija naziva se opti?ka du?ina puta L , vrijednost D = L 2 – L 1 (razlika u opti?kim du?inama puteva koje prolaze talasi) naziva se opti?ka razlika puteva.

Ako je razlika opti?kog puta D jednaka cijelom broju valnih du?ina l 0 , tj.

( = 0, 1, 2,…) ,

M oba talasa ?e se pojaviti u istoj fazi iu ta?ki M?e se posmatrati maksimum interferencije(m je red maksimuma interferencije).

Ako je razlika opti?kog puta D jednaka polucijelom broju valnih du?ina l 0 , tj.

( = 0, 1, 2,…) ,

zatim oscilacije pobu?ene u ta?ki M oba talasa ?e se pojaviti u antifazi iu ta?ki M?e se posmatrati minimum interferencije(m je red minimuma interferencije).

Kao primjer interferencije svjetlosnih valova, razmotrite Youngovu metodu .

Youngova metoda. Da bi se posmatrala interferencija svetlosti, koherentni svetlosni snopovi se dobijaju odvajanjem i naknadnom konvergencijom svetlosnih snopova koji izlaze iz istog izvora. Izvor svjetlosti je jako osvijetljen prorez S(Sl. 20), iz koje svjetlosni val pada na dva uska ekvidistantna proreza S 1 i S 2 , paralelni slotovi S. Dakle, praznine S 1 i S 2 igraju ulogu koherentnih izvora, i

Intenzitet svjetlosti u jednoj ta?ki ALI odre?eno razlikom opti?kog puta: D = s 2 – s 1 .

Prema slici 20:

; , gdje ili .

Od uslova l>>d sledi to s 1 + s 2 » 2 l, onda

Prema ovom odnosu i uslovima posmatranja interferencijski maksimumi i minimumi pozicije maksimuma ( xmax) i minimuma ( xmin) intenziteti na ekranu u Youngovoj metodi su definisani na sljede?i na?in:

( = 0, 1, 2,…) ,

( = 0, 1, 2,…) .

Udaljenost izme?u dva susjedna maksimuma (ili minimuma) D x pozvao ?irina resa i jednako:

Iz ove relacije proizilazi da je veli?ina D x zavisi od talasne du?ine l 0 . Stoga je jasan uzorak interferencije, koji predstavlja izmjenu svijetlih i tamnih pruga na ekranu, mogu? samo kada se koristi monohromatsko svetlo, tj. svetlost odre?ene talasne du?ine l 0 .

Tema 10. Difrakcija svjetlosti. Fresnelova difrakcija

Difrakcija naziva se savijanje talasa oko prepreka. Difrakcija svjetlost se definira kao svako odstupanje ?irenja svjetlosti u blizini prepreka od zakona geometrijske optike. Zbog difrakcije, valovi ulaze u podru?je geometrijske sjene, prodiru kroz male rupe itd.

Fenomen difrakcije je obja?njen pomo?u Hajgensov princip, prema kojem svaka ta?ka, do koje talas dopire, slu?i kao centar sekundarnih talasa, a omota? ovih talasa odre?uje polo?aj fronta talasa.

Rice. 3

Fresnel je dopunio Huygensov princip idejom interferencije sekundarnih valova.

Prema Huygens-Fresnel princip svjetlosni talas pobu?en izvorom S, mo?e se predstaviti kao rezultat superpozicije koherentnih sekundarnih valova,"zra?enog" iz fiktivnih izvora. Takvi izvori mogu biti, na primjer, beskona?no mali elementi bilo koje zatvorene povr?ine koja zatvara izvor S. Ako jedan od talasne povr?ine (talasna povr?ina - ovo je lokus ta?aka, u kojima se oscilacije javljaju u istoj fazi), tada svi infinitezimalni elementi ove zatvorene povr?ine, poput fiktivnih izvora, deluju u fazi. Ovo svojstvo fiktivnih izvora koherentnih sekundarnih talasa koristi se u metodi Fresnelovih zona kada se prou?ava difrakcija sfernih talasa.

Metoda Fresnelovih zona. Prona?ite u proizvoljnoj ta?ki M amplituda svetlosnog talasa koji se ?iri iz ta?kastog izvora svetlosti S(Sl. 21).

Rice. 21

Fresnel je probio povr?inu talasa F, ?to je sferna povr?ina sa sredi?tem u ta?ki S, u prstenaste zone (Fresnelove zone) takve veli?ine da su udaljenosti od rubova susjednih zona do ta?ke M razlikuje po l/2 (Sl. 21). Po?to oscilacije iz susjednih zona prelaze na ta?ku M udaljenosti koje se razlikuju l/2, zatim na stvar M dolaze u antifazi i, kada se naslanjaju, me?usobno slabe jedna drugu. Dakle, amplituda ALI M:

gdje ALI 1 , ALI 2 , ..., A n- amplitude oscilacija koje dolaze od 1., 2., ... , n-th zona.

Kao rezultat sabiranja, amplituda ALI rezultiraju?a svjetlosna vibracija u ta?ki M ispostavilo se da je jednaka polovini amplitude ALI 1 centralna Fresnelova zona:

To jest, amplituda svjetlosne vibracije koja dolazi iz samo jedne centralne Fresnelove zone je dvostruko ve?a od amplituda rezultiraju?e svjetlosne vibracije s potpuno otvorenim valnim frontom. Ovaj efekat je eksperimentalno potvr?en upotrebom zonske plo?e, u praksi, staklene plo?e gra?ene metodom Fresnel zone. Plo?e zona sastoje se od naizmjeni?nih prozirnih (za neparne Fresnelove zone) i neprozirnih (za parne Fresnelove zone) koncentri?nih prstenova. U ovom slu?aju, rezultiraju?a amplituda ALI(A=A 1 +A 3 +A 5 +... ) je ve?i nego za potpuno otvoren talasni front. Iskustvo je potvrdilo da zonske plo?e pove?avaju osvjetljenje u jednoj ta?ki M, djeluje kao konvergentno so?ivo.

Fresnelova difrakcija kru?nom rupom. Sferni talas koji se ?iri iz ta?kastog izvora S, na svom putu susre?e okruglu rupu (Sl. 22). Difrakcijski uzorak na ekranu zavisi od broja Fresnelovih zona izlo?enih okruglom otvorom. Nakon cijepanja otvorenog dijela valne povr?ine F do Fresnelovih zona za ta?ku AT le?e?i na ekranu (slika 22), odredite broj otvorenih zona. Ako je broj otvorenih Fresnelovih zona paran, onda u ta?ki AT uo?ava se tamna mrlja, budu?i da se oscilacije iz svakog para susjednih Fresnelovih zona me?usobno poni?tavaju. Ako je broj otvorenih Fresnelovih zona neparan, onda u ta?ki AT postoja?e svetla ta?ka.

Fresnelova difrakcija na disku. Sferni talas koji se ?iri iz ta?kastog izvora S, sretne disk na svom putu (slika 23). Pustite za bod AT le?i na liniji koja povezuje izvor S sa centrom diska, nakon cijepanja valne povr?ine F Fresnelovim zonama ?e biti zatvorene diskom m prve Fresnelove zone. Zatim amplituda ALI rezultiraju?a oscilacija u ta?ki AT je jednako: , odnosno u ta?ki AT postoja?e svetla ta?ka koja odgovara delovanju polovine prve otvorene Fresnelove zone.

1. Svetlosni talas. Smetnje svetlosti. Koherentnost (vremenska i prostorna) i monohromati?nost svetlosnih talasa. Uslovi za maksimalni i minimalni intenzitet tokom smetnji.

svetlosni talas- elektromagnetski talas u opsegu vidljivih talasnih du?ina. Frekvencija svjetlosnog vala (ili skup frekvencija) odre?uje "boju". Energija koju nosi svjetlosni val proporcionalna je kvadratu njegove amplitude. Fenomen formiranja naizmjeni?nih pojaseva poja?anja i slabljenja intenziteta svjetlosti naziva se smetnje. Interferencija svjetlosti se uo?ava kada se dva ili vi?e snopa svjetlosti naslanjaju jedan na drugi. koherentnost- koordiniran tok u vremenu i prostoru vi?e oscilatornih ili talasnih procesa. Koherencija se izra?ava u postojanosti ili pravilnoj vezi izme?u faza, frekvencija, polarizacija i amplituda ovih talasa. Vremenska koherentnost- stanje u kojem svjetlosni talasi prolaze kroz datu oblast u prostoru u isto vrijeme tokom svog perioda. Prostorna koherentnost- stanje u kojem se svjetlosni valovi koji prolaze kroz prostor ne poklapaju nu?no po frekvenciji, ve? po fazi. monohromatskih talasa su prostorno neograni?eni talasi jedne odre?ene i striktno konstantne frekvencije.

Ako je razlika puta cijeli broj valnih du?ina u vakuumu

tada , i oscilacije pobu?ene u ta?ki P od strane oba talasa ?e se pojaviti u istoj fazi. Dakle, (8.1.3) je maksimalno stanje interferencije.

Ako je razlika opti?kog puta

(8.1.4)

zatim , a oscilacije koje oba talasa pobu?uju u ta?ki P ?e se pojaviti u antifazi. Dakle, (8.1.4) je minimalni uslov interferencije.

2. Metode za dobijanje koherentnih talasa. Interferencija svjetlosti u tankim filmovima.

Izvori toplote nisu me?usobno koherentni. Da bi se dobili koherentni svjetlosni valovi, val koji emituje jedan izvor svjetlosti dijeli se na dva, a zatim se rezultiraju?i valovi dovode zajedno u odre?eno podru?je prostora, zvano podru?je preklapanja.

Youngovo iskustvo

I izvor svjetlosti je osvijetljeni prorez S, iz kojeg svjetlosni val pada na dva uska proreza S 1 i S 2 osvijetljena razli?itim dijelovima istog valnog fronta (slika 1.5). Prolaze?i kroz svaki od proreza, svjetlosni snop se ?irio zbog difrakcije, pa se na bijelom ekranu P svjetlosni snopovi koji su prolazili kroz proreze S 1 i S 2 se preklapaju. U podru?ju preklapanja svjetlosnih snopova uo?en je interferentni obrazac u obliku naizmjeni?nih svijetlih i tamnih pruga.

Fresnelove biprizme

D Za odvajanje svjetlosnog vala koristi se dvostruka prizma (biprizma) s malim kutom prelamanja. Izvor svjetlosti je jarko osvijetljeni prorez S paralelan sa refrakcijskom ivicom biprizme. Zbog malog ugla prelamanja biprizme (nekoliko lu?nih minuta), sve zrake odstupaju za isti ugao, bez obzira na upadni ugao, dok se odstupanje de?ava prema osnovi svake od prizme koje ?ine biprizmu. . Kao rezultat, formiraju se dva koherentna vala, koji virtuelno izviru iz imaginarnih izvora i koji le?e u istoj ravni sa stvarnim izvorom.

Fresnel Bizercalo

U instalaciji Fresnel b-ogledala, dva koherentna talasa se dobijaju refleksijom od dva ogledala, ?ije ravni ?ine diedarski ugao, gde je ugao veoma mali. Izvor je uski osvijetljeni prorez paralelan sa licem diedralnog ugla. Zrake koje se reflektuju od ogledala padaju na ekran E, a u podru?ju preklapanja PQ pojavljuje se interferentni uzorak u obliku pruga paralelnih prorezu.

Interferencija svjetlosti u tankim filmovima:

Pri osvjetljavanju tankog filma mo?e se uo?iti interferencija svjetlosnih valova reflektiranih od gornje i donje povr?ine filma. Za bijelu svjetlost, koja je mje?avina elektromagnetnih valova iz cijelog opti?kog spektra, interferentne ivice dobivaju boju.

Jedan talas (onaj koji ulazi u film) zaostaje za drugim. Izme?u talasa formira se razlika u putanji. Ako je ova razlika putanja promenljiva u prostoru, onda se stvaraju uslovi za posmatranje rubova interferencije. Interferencija u tankim filmovima mo?e se uo?iti na dva na?ina. Jedna metoda se temelji na ?injenici da film ima razli?itu debljinu na razli?itim mjestima, druga - na ?injenici da svjetlost mo?e pasti na film pod razli?itim uglovima. Prva metoda daje takozvane trake jednake debljine, druga - trake jednakog nagiba.

3. Primene interferencije: interferometri, optika.

Fenomen interferencije je posledica talasne prirode svetlosti; njegove kvantitativne pravilnosti zavise od talasne du?ine. Stoga se ovaj fenomen koristi za potvrdu valne prirode svjetlosti i za mjerenje valnih du?ina (interferencijska spektroskopija).

Interferometar- mjerni ure?aj ?iji je princip rada zasnovan na fenomenu interferencije. Princip rada interferometra je slede?i: snop elektromagnetnog zra?enja (svetlosti, radio talasa, itd.) se prostorno deli na dva ili vi?e koherentnih snopa uz pomo? ure?aja. Svaki od snopova prolazi kroz razli?ite opti?ke puteve i vra?a se na ekran, stvaraju?i interferencijski obrazac, iz kojeg se mo?e odrediti fazni pomak zraka.

Interferometri se koriste kako za precizna mjerenja du?ina, posebno u alatnim ma?inama i ma?instvu, tako i za procjenu kvaliteta opti?kih povr?ina i ispitivanje opti?kih sistema op?enito.

Prosvjetljenje optike- ovo je nano?enje na povr?inu so?iva koja grani?i sa zrakom, najtanji film ili nekoliko filmova jedan na drugom. Ovo je neophodno da bi se pove?ao prenos svetlosti opti?kog sistema. Indeks loma takvih filmova manji je od indeksa prelamanja nao?ara. Antirefleksne folije smanjuju raspr?ivanje svjetlosti i refleksiju upadne svjetlosti od povr?ine opti?kog elementa, ?ime se pobolj?ava prijenos svjetla i kontrast sistema.

opti?ka slika.

4. Koncept difrakcije svjetlosti. Huygens-Fresnel princip. Metoda Fresnelovih zona. Pravolinijsko ?irenje svjetlosti.

Difrakcija svjetlosti naziva se fenomen odstupanja svjetlosti od pravolinijskog smjera ?irenja pri prolasku u blizini prepreka. Ako se okrugla prepreka nalazi na putu paralelnog svjetlosnog snopa (okrugli disk, kugla ili okrugla rupa u neprozirnom ekranu), tada se na ekranu koji se nalazi na dovoljno velikoj udaljenosti od prepreke pojavljuje difrakcijski uzorak - a sistem naizmjeni?nih svijetlih i tamnih prstenova. Ako je prepreka linearna (prorez, konac, ivica ekrana), tada se na ekranu pojavljuje sistem paralelnih difrakcijskih resa.

P Huygens-Fresnel princip omogu?ava obja?njenje mehanizma ?irenja talasa. Princip ima dva dela:

Prvi dio naziva se Hajgensov princip (1678). Njegova su?tina le?i u ?injenici da je svaka ta?ka povr?ine do koje do?e svjetlosni val sekundarni izvor svjetlosnih valova. Ta?ka koja obavija sekundarne talase postaje talasna povr?ina u slede?em trenutku vremena.

Drugi dio princip se zove Fresnel princip (adicija) (1815). Zvu?i ovako: svaki element talasnog fronta mo?e se smatrati sredi?tem sekundarne perturbacije koja generi?e sekundarne sferne talase, a rezultuju?e svetlosno polje u svakoj ta?ki u prostoru bi?e odre?eno interferencijom ovih talasa.

Matemati?ki, Huygens–Fresnelov princip ima utemeljenje u obliku Kirchhoffove integralne teoreme.

Metoda Fresnel zone: Fresnel je predlo?io metodu podjele valnog fronta na prstenaste zone, koja je kasnije postala poznata kao metoda Fresnelovih zona.

Neka se monohromatski sferni talas ?iri iz izvora svetlosti S, P je ta?ka posmatranja. Sferna valna povr?ina prolazi kroz ta?ku O. Simetri?na je u odnosu na pravu SP.

R Razbijmo ovu povr?inu na prstenaste zone I, II, III, itd. tako da se udaljenosti od ivica zone do ta?ke P razlikuju za polovinu talasne du?ine svetlosnog talasa. Ovu particiju je predlo?io O. Fresnel, a zone se zovu Fresnel zone.

Uzmite proizvoljnu ta?ku 1 u prvoj Fresnelovoj zoni. U zoni II postoji, na osnovu pravila za gra?enje zona, takva ta?ka koja joj odgovara da ?e razlika putanja zraka koje idu u ta?ku P iz ta?aka 1 i 2 biti jednaka l/2. Kao rezultat toga, oscilacije iz ta?aka 1 i 2 se me?usobno poni?tavaju u ta?ki P.

Iz geometrijskih razmatranja proizilazi da su za ne ba? veliki broj zona njihove povr?ine pribli?no iste. To zna?i da za svaku ta?ku prve zone postoji ta?ka koja joj odgovara u drugoj, ?ije oscilacije se me?usobno poni?tavaju. Amplituda rezultuju?e oscilacije koja dolazi u ta?ku P iz zone sa brojem m opada sa pove?anjem m, tj.

Prilikom dodavanja ovih vibracija, one bi trebale me?usobno da slabe jedna drugu:

Zakon pravolinijskog prostiranja svjetlosti - U providnom homogenom mediju, svjetlost putuje pravim linijama.

5. Fraunhoferova difrakcija na difrakcionoj re?etki.

Vrsta difrakcije u kojoj difrakcijski uzorak formiraju paralelne zrake naziva se Fraunhoferova difrakcija.

jednodimenzionalni difrakciona re?etka je sistem velikog broja N proreza iste ?irine i me?usobno paralelnih na ekranu, tako?e razdvojenih neprozirnim prazninama iste ?irine

Difrakcijski uzorak na re?etki definiran je kao rezultat me?usobne interferencije valova koji dolaze iz svih proreza, tj. u difrakcijskoj re?etki dolazi do interferencije vi?e zraka koherentnih difraktovanih svjetlosnih snopova koji dolaze iz svih proreza.

Rice. 9.6 Sl. 9.7

Neka snop 1 padne na so?ivo pod uglom f (ugao difrakcije). Svjetlosni val koji putuje pod ovim uglom iz proreza stvara maksimalni intenzitet u ta?ki. Drugi snop koji dolazi iz susjednog proreza pod istim uglom f do?i ?e u istu ta?ku. Oba ova snopa ?e do?i u fazi i me?usobno ?e se poja?avati ako je razlika opti?kog puta jednaka ml:

Maksimalni uvjet za difrakcionu re?etku imat ?e oblik: ,

gdje je m = ± 1, ± 2, ± 3, … .

Maksimumi koji odgovaraju ovom uslovu nazivaju se glavnim maksimumima. Vrijednost m koja odgovara jednom ili drugom maksimumu naziva se redom difrakcionog maksimuma.

U ta?ki F0 uvijek ?e postojati nulti ili centralni difrakcijski maksimum.

Budu?i da svjetlost koja pada na ekran prolazi samo kroz proreze na difrakcijskoj re?etki, minimalni uvjet za prorez ?e biti uvjet glavnog difrakcijskog minimuma za re?etku:

Naravno, sa velikim brojem proreza, u ta?kama ekrana koje odgovaraju glavnim difrakcijskim minimumima, svjetlost ?e padati iz nekih proreza i tu ?e se formirati bo?ni difrakcijski maksimumi i minimumi (slika 9.7). Ali njihov intenzitet, u pore?enju sa glavnim maksimumima, je nizak (? 1/22).

Pod uslovom , valovi koje ?alje svaki prorez ?e biti poni?teni interferencijom i pojavit ?e se dodatni minimumi.

Broj proreza odre?uje svjetlosni tok kroz re?etku. ?to ih je vi?e, to vi?e energije prenosi val kroz njega. Osim toga, ?to je ve?i broj slotova, to se vi?e dodatnih minimuma uklapa izme?u susjednih maksimuma. Stoga ?e visoki tonovi biti u?i i intenzivniji:

Interferencija svetlosnih talasa

Talasna svojstva svjetlosti se najjasnije pokazuju u smetnje i difrakcija. Ove pojave su karakteristi?ne za talase bilo koje prirode i relativno ih je lako posmatrati eksperimentalno za talase na povr?ini vode ili za zvu?ne talase. Interferencija i difrakcija svetlosnih talasa mogu se uo?iti samo pod odre?enim uslovima. Svjetlost koju emituju konvencionalni (ne-laserski) izvori nije striktno monohromatska. Stoga, da bi se uo?ile smetnje, svjetlost iz jednog izvora mora biti podijeljena na dva snopa i zatim postavljena jedan na drugi.

Interferentni mikroskop.

Postoje?e eksperimentalne metode za dobijanje koherentnih snopova iz jednog svetlosnog snopa mogu se podeliti na dvije klase.

AT metoda podjele talasnog fronta snop se propu?ta, na primjer, kroz dvije blisko raspore?ene rupe u neprozirnom ekranu (Youngov eksperiment). Ova metoda je prikladna samo za dovoljno male veli?ine izvora.

U drugoj metodi, snop se dijeli na jednu ili vi?e djelomi?no reflektiraju?ih, djelomi?no propusnih povr?ina. Ova metoda amplitudna podjela mo?e se koristiti sa pro?irenim izvorima. Pru?a veliki intenzitet i le?i u osnovi rada razli?itih interferometara. U zavisnosti od broja interferiraju?ih zraka razlikuju se dvosmjerni i vi?esnovni interferometri. Imaju va?nu prakti?nu primjenu u in?enjerstvu, mjeriteljstvu i spektroskopiji.

Neka dva talasa iste frekvencije, postavljena jedan na drugog, pobu?uju oscilacije istog smera u nekoj ta?ki prostora:

gdje ispod x razumjeti intenzitet elektri?ne energije E i magnetna H talasna polja koja se povinuju principu superpozicije (vidi ta?ku 6).

Amplitudu nastale vibracije pri zbrajanju vibracija usmjerenih du? jedne prave linije nalazimo po formuli (2.2.2):

Ako je fazna razlika oscilacija,pobu?ena talasima u nekoj ta?ki svemira,ostaje konstantan u vremenu, onda se takvi talasi nazivaju koherentan.

Kada nekoherentan valova, fazna razlika se kontinuirano mijenja, uzimaju?i bilo koje vrijednosti s jednakom vjerovatno?om, zbog ?ega je prosje?na vrijednost vremena nula (mijenja se od –1 do +1). Zbog toga.

Intenzitet svjetlosti je proporcionalan kvadratu amplitude: . Iz ovoga se mo?e zaklju?iti da za nekoherentne izvore, intenzitet rezultuju?eg talasa je svuda isti i jednak je zbroju intenziteta koji stvara svaki od talasa posebno:

Posljednji pojam u ovom izrazu se zove termin interferencije .

U ta?kama u prostoru, gdje, (maksimalno), gdje, intenzitet (najmanje). Posljedi?no, kada se dva (ili vi?e) koherentnih svjetlosnih valova superponiraju, dolazi do prostorne preraspodjele svjetlosnog toka, zbog ?ega se na nekim mjestima pojavljuju maksimumi, a na drugim minimumi intenziteta. Ovaj fenomen se zove svjetlosne smetnje .

Stabilan interferentni obrazac se dobija samo dodavanjem koherentnih talasa. Nekoherentnost prirodnih izvora svjetlosti posljedica je ?injenice da se zra?enje tijela sastoji od valova koje emituju mnogi atomi. . Faze svake talasni voz nisu me?usobno povezani . Atomi zra?e nasumi?no.

Periodi?ni niz izbo?ina i padova talasa,nastaje tokom ?ina zra?enja jednog atoma,pozvao vlak talasa ili talasni voz.

Proces zra?enja jednog atoma traje oko s. U ovom slu?aju, du?ina voza.

U jedan vlak stane otprilike valne du?ine.

Istovremeno, Njutn je bio pa?ljiv i na talasnu teoriju svetlosti koju je izrazio holandski nau?nik H. Hajgens (1690). Hajgens je sugerisao da je prostor ispunjen odre?enom supstancom - etrom, i na osnovu etra izgradio talasnu teoriju svetlosti. Savr?eno je objasnila mnoge razli?ite opti?ke fenomene, pa ?ak i predvidjela one koji su kasnije otkriveni - jednom rije?ju, pokazala se kao dobra hipoteza. Uz jedan izuzetak: eter je morao biti opskrbljen takvim kontradiktornim svojstvima u koje je um odbijao vjerovati. S jedne strane, savr?ena netjelesnost (kako ne bi ometala kretanje planeta), as druge, elasti?nost, hiljadama puta ve?a od elasti?nosti najboljeg ?elika (u suprotnom, svjetlost se ne?e ?iriti potrebnom brzinom ). Kunafin M.S. Koncepti savremene prirodne nauke: Ud?benik. Izdava?ka ku?a. - Ufa, 2003. - str.149

Koriste?i ideju elasti?nog luminifernog etera, Huygens je razmatrao ?irenje u njemu ne valova, ve? odre?enih impulsa. Ipak, uspostavio je talasni princip, koji sada nosi njegovo ime i uklju?en je u moderne ud?benike. Nedovoljno razumijevanje ove prirode, kao ?to je poznato, nije dozvolilo Hajgensu da objasni svoje eksperimente dvostrukog prelamanja, u kojima je snop svjetlosti prolazio sukcesivno kroz dva kristala. Huygens je uo?io kako se obi?ne i neobi?ne zrake koje izlaze iz prvog kristala pona?aju razli?ito u drugom kristalu, ovisno o me?usobnoj orijentaciji kristala. U nekim slu?ajevima, svaki od zraka se ponovo "razdvoji" na dva zraka. U drugim slu?ajevima nije do?lo do novog "cijepanja" zraka; u ovom slu?aju, obi?na zraka koja je iza?la iz prvog kristala ili je ostala obi?na zraka u drugom kristalu, ili se (sa razli?itom orijentacijom kristala) pona?ala kao izvanredna zraka. Izvanredna zraka koja je iza?la iz prvog kristala pona?ala se sli?no. Hajgens nije mogao da objasni dobijene rezultate, jer nije znao (a nije se ni usudio da pretpostavi) da su svetlosni talasi popre?ni. Njegovi eksperimenti bili su sasvim dovoljni da otkriju polarizaciju svjetlosti. Dovoljno, ali podlo?no dubljem razumijevanju prirode svjetlosti. Tog razumijevanja nije bilo, pa stoga do otkri?a polarizacije nije do?lo (polarizacija je otkrivena tek vi?e od sto godina kasnije). Tarasov L.V. Uvod u kvantnu optiku. - M.: Vi?a ?kola, 1987. -str. deset

Zanimanje za opti?ke probleme po?etkom 19. stolje?a. diktirao je razvoj doktrine elektriciteta, hemije i parne tehnike. ?inilo se vrlo vjerojatnim da priroda topline, svjetlosti i elektriciteta ima ne?to zajedni?ko. Otkri?e i prou?avanje fotohemijskih reakcija, hemijskih reakcija sa osloba?anjem toplote i svetlosti, toplotnog i hemijskog dejstva elektriciteta - sve nas je to navelo na pomisao da bi prou?avanje svetlosti bilo korisno za re?avanje va?nih nau?nih i prakti?nih problema.

U XVIII vijeku. velika ve?ina nau?nika se pridr?avala korpuskularne teorije svetlosti, koja je dobro objasnila mnoge, ali ne sve, opti?ke fenomene. Po?etkom XIX veka. Problemi interferencije, difrakcije i polarizacije svjetlosti spadaju u vidno polje fizi?ara, koje je korpuskularna teorija nezadovoljavaju?e obja?njavala. To dovodi do o?ivljavanja naizgled zaboravljenih ideja valne optike. U optici se de?ava prava nau?na revolucija koja se zavr?ava pobedom talasne teorije svetlosti nad korpuskularnom.

Prvi koji je branio talasnu teoriju svetlosti bio je engleski lekar T. Jung 1799. godine, svestrano obrazovana osoba koja se bavila istra?ivanjima u oblasti matematike, fizike, mehanike, botanike itd., koja je imala ?iroka znanja iz knji?evnosti, istorije, i u?inio mnogo na de?ifrovanju egipatskih hijeroglifa. Jung je kritizirao korpuskularnu teoriju svjetlosti, ukazuju?i na fenomene koji se ne mogu objasniti s njenih pozicija, a posebno na iste brzine svjetlosnih ?estica koje emituju slabi i jaki izvori, kao i na ?injenicu da pri prelasku iz jednog medija u drugi jedan dio zraka se stalno odbija, a drugi se stalno lomi. Jung je predlo?io da se svjetlost posmatra kao osciliraju?e kretanje ?estica etra: "...Svjetle?i etar, vrlo razrije?en i elasti?an, ispunjava Univerzum... Vibracijski pokreti su pobu?eni u ovom etru svaki put kada tijelo po?ne svijetliti." On je utemeljio talasnu prirodu svjetlosti prvenstveno fenomenom svjetlosne interferencije.

Eksperiment koji demonstrira fenomen svjetlosne interferencije je sljede?i. Dvije male rupe su probu?ene u ekranu na maloj udaljenosti jedna od druge i osvijetljene sun?evom svjetlo??u koja prolazi kroz rupu na prozoru. Iza ovog paravana je postavljen drugi paravan na koji padaju dva svjetlosna konusa formirana iza prvog paravana. Tamo gdje se ovi ?unjevi preklapaju, svijetle i tamne pruge su vidljive na drugom ekranu. Spajanjem svjetlosti sa svjetlom nastaje tama! Jung je ispravno sugerirao da se tamne trake formiraju tamo gdje vrhovi svjetlosnih valova apsorbiraju jedni druge. Ako se jedna rupa zatvori, resice nestaju, a na ekranu su vidljivi samo difrakcijski prstenovi. Mjere?i udaljenost izme?u prstenova, Jung je odredio valne du?ine crvene, ljubi?aste i nekih drugih boja. Razmatrao je i neke slu?ajeve difrakcije svjetlosti. Pojavu difrakcijskih rubova objasnio je interferencijom dvaju valova: jednog koji se prenosi direktno i drugog reflektira od ruba prepreke. Osim toga, iznio je va?nu pretpostavku da je fenomen polarizacije svjetlosti mogu? samo ako je svjetlosni val popre?ni, a ne uzdu?ni.

Iako je Youngov rad svjedo?io u prilog valovnoj teoriji svjetlosti, oni ipak nisu doveli do odbacivanja korpuskularne teorije, koja je nastavila dominirati optikom.

Godine 1815. francuski nau?nik O. Fresnel izjasnio se protiv korpuskularne teorije. Nakon ?to je diplomirao na Ecole Polytechnique u Parizu, radio je u provinciji kao in?enjer za postavljanje i popravku puteva, a u slobodno vrijeme bavio se nau?nim istra?ivanjem. Zainteresovao se za pitanja optike i samostalno je do?ao do zaklju?ka da ne va?i korpuskularna, ve? talasna teorija svetlosti. Godine 1818. Fresnel je objedinio dobijene rezultate i predstavio ih u radu o difrakciji svjetlosti koji je podnio na konkurs koji je raspisala Francuska akademija nauka.

Fresnelov rad razmatrala je posebna komisija sastavljena od J.B. Biot, D.F. Arago, P.S. Laplace, J.L. Gay-Lussac i S.D. Poisson - pristalice korpuskularne teorije. Ali rezultati Fresnelovog rada bili su toliko konzistentni s eksperimentom da ga je jednostavno bilo nemogu?e odbaciti. Poisson je primijetio da se iz Fresnelove teorije mo?e izvesti posljedica koja je u suprotnosti sa zdravim razumom: kao da svijetlu ta?ku treba posmatrati u centru sjene sa okruglog ekrana. Ovu "nedosljednost" potvrdilo je iskustvo: prigovor se pretvorio u svoju suprotnost. Komisija je na kraju prepoznala ta?nost rezultata Fresnelove teorije valova i dodijelila mu nagradu. Me?utim, Fresnelova teorija jo? nije postala op?teprihva?ena, a ve?ina fizi?ara je nastavila da se pridr?ava starih stavova. korpuskularna daska svjetlosnog talasa

Zavr?ni akord u borbi izme?u korpuskularne i talasne teorije svjetlosti bili su rezultati mjerenja brzine svjetlosti u vodi. Prema korpuskularnoj teoriji, brzina svjetlosti u opti?ki gu??em mediju bi trebala biti ve?a nego u opti?ki manje gusto?i, ali prema valnoj teoriji je suprotno. Godine 1850. francuski fizi?ari J.B.L. Foucault i A.I.L. Fizeau je, mjere?i brzinu svjetlosti rotiraju?im ogledalom, pokazao da je brzina svjetlosti u vodi manja nego u zraku i time kona?no potvrdio valovnu teoriju svjetlosti. Do sredine XIX veka. ve? postoji nekoliko pristalica korpuskularne teorije svjetlosti. Naidysh V.M. Koncepti savremene prirodne nauke: Ud?benik. -- Ed. 2., revidirano. i dodatne - M.: Alfa-M; INFRA-M, 2004. - str.228