Жарык деген эмне? Бул суроо бардык доорлордо адамзатты кызыктырган, бирок биздин доордун 20-кылымында гана бул кубулуштун табияты жөнүндө көп нерсени тактоого мүмкүн болгон. Бул макалада жарыктын корпускулярдык теориясы, анын артыкчылыктары жана кемчиликтери каралат.
Байыркы философтордон Христиан Гюйгенске жана Исаак Ньютонго чейин
Биздин заманга чейин жеткен кээ бир далилдер адамдар жарыктын табиятына Байыркы Египетте жана Байыркы Грецияда кызыгып баштаганы айтылат. Адегенде объектилер өздөрүнүн сүрөттөрүн чыгарат деп ишенишкен. Акыркысы адамдын көзүнө кирип, объектилердин көрүнүү элесин жаратат.
Андан кийин Грецияда философиялык ой-пикирдин калыптануу мезгилинде Аристотелдин жаңы теориясы пайда болгон, ал ар бир адам көзүнөн кандайдыр бир нурларды чыгарат, анын аркасында объектилерди «сезип» алат деп эсептеген.
Орто кылымдар каралып жаткан маселеге эч кандай айкындык алып келген жок, жаңы жетишкендиктер кайра жаралуу жана илимдеги революция менен гана келди. Тактап айтканда, 17-кылымдын экинчи жарымында таптакыр карама-каршы эки теория пайда болуп, аларжарык менен байланышкан кубулуштарды түшүндүр. Кеп Кристиан Гюйгенстин толкун теориясы жана Исаак Ньютондун корпускулярдык теориясы жөнүндө болуп жатат.
Толкун теориясынын кээ бир ийгиликтерине карабастан, ал дагы эле бир катар маанилүү кемчиликтерге ээ болгон:
- жарык эфирде тарайт деп ишенген, аны эч ким ачкан эмес;
- толкундардын туурасынан кеткен табияты эфир катуу чөйрө болушу керек дегенди билдирген.
Ушул кемчиликтерди эске алып, ошондой эле Ньютондун ошол кездеги эбегейсиз авторитетин эске алуу менен бөлүкчөлөр-корпускулалар теориясы илимпоздордун чөйрөсүндө бир добуштан кабыл алынган.
Жарыктын корпускулярдык теориясынын маңызы
Ньютондун идеясы мүмкүн болушунча жөнөкөй: эгерде бизди курчап турган бардык денелер жана процесстер чектелген массалуу денелер катышкан классикалык механиканын мыйзамдары менен сүрөттөлсө, анда жарык да кичинекей бөлүкчөлөр же корпускулалар болуп саналат. Алар мейкиндикте белгилүү бир ылдамдыкта кыймылдашат, эгер тоскоолдукка туш болушса, алар андан чагылышат. Акыркысы, мисалы, объектте көлөкөнүн болушун түшүндүрөт. Жарык жөнүндөгү бул ойлор 19-кылымдын башына чейин, башкача айтканда, 150 жылга жакын созулган.
Белгилей кетчү нерсе, Ломоносов 18-кылымдын ортосунда Ньютондук корпускулярдык теорияны газдардын жүрүм-турумун түшүндүрүү үчүн колдонгон, ал өзүнүн «Математикалык химиянын элементтери» аттуу эмгегинде баяндалган. Ломоносов газды корпускулалык бөлүкчөлөрдөн турат деп эсептеген.
Ньютон теориясы эмнени түшүндүргөн?
Жарык жөнүндө айтылган идеялар жасалдыанын табиятын түшүнүү үчүн зор кадам. Ньютондун корпускула теориясы төмөнкү кубулуштарды түшүндүрө алган:
- Бир тектүү чөйрөдө жарыктын түз сызыктуу таралышы. Чынында эле, жарыктын кыймылдуу корпускуласына эч кандай тышкы күчтөр таасир этпесе, анда анын абалы классикалык механиканын биринчи Ньютон мыйзамы тарабынан ийгиликтүү сүрөттөлөт.
- Рефлексия феномени. Эки медианын ортосундагы интерфейске тийген корпускул абсолюттук серпилгичтүү кагылышууга кабылат, анын натыйжасында анын импульс модулу сакталып, өзү түшүү бурчуна барабар бурчта чагылат.
- Сынуу кубулушу. Ньютон тыгызыраак чөйрөгө азыраак тыгызыраактан (мисалы, абадан сууга) киргенде, корпускула тыгыз чөйрөнүн молекулаларынын тартылышынан улам тездейт деп эсептеген. Бул ылдамдануу анын траекториясынын нормалдууга жакын өзгөрүшүнө алып келет, башкача айтканда, сынуу эффектиси байкалат.
- Гүлдөрдүн бар болушу. Теориянын жаратуучусу ар бир байкалган түс өзүнүн "түс" корпускуласына туура келет деп эсептеген.
Айтылган теориянын маселелери жана Гюйгенстин идеясына кайтуу
Алар жарыкка байланыштуу жаңы эффекттер ачылганда пайда боло баштаган. Негизгилери – дифракция (жарыктын жарыктан нур өткөндө түз сызыктуу таралуудан четтөө) жана интерференция (Ньютон шакекчелеринин кубулушу). Жарыктын бул касиеттеринин ачылышы менен 19-кылымда физиктер Гюйгенстин эмгегин эстей башташкан.
Ошол эле 19-кылымда Фарадей менен Ленц алмашкан электр (магниттик) талаалардын касиеттерин изилдешкен жанаМаксвелл тиешелүү эсептөөлөрдү жүргүзгөн. Натыйжада жарыктын электромагниттик кайчылаш толкун экени, анын бар болушу үчүн эфирди талап кылбаганы далилденген, анткени аны түзгөн талаалар таралуу процессинде бири-бирин жаратат.
Жарыкка жана Макс Планктын идеясына байланыштуу жаңы ачылыштар
Ньютондун корпускулярдык теориясы буга чейин эле толугу менен көмүлгөндөй сезилет, бирок 20-кылымдын башында жаңы натыйжалар пайда болду: жарык заттан электрондорду «чыгарып», денелерге басым жасай алат экен. алардын үстүнө түшөт. Кара дененин түшүнүксүз спектри кошулган бул кубулуштарды толкун теориясы түшүндүрүүгө алсыз болуп чыкты.
Чечимди Макс Планк тапкан. Ал жарыктын заттын атомдору менен кичине бөлүкчөлөр түрүндө өз ара аракеттенүүсүн сунуштап, аны фотондор деп атаган. Фотондун энергиясын төмөнкү формула менен аныктоого болот:
E=hv.
Бул жерде v - фотон жыштыгы, h - Планктын туруктуулугу. Макс Планк бул жарык идеясынын аркасында кванттык механиканын өнүгүшүнө негиз салган.
Планктын идеясын колдонуп, Альберт Эйнштейн 1905-жылы фотоэффект кубулушун түшүндүрөт, Нильс Бор - 1912-жылы атомдук эмиссия жана жутуу спектрлеринин жүйөсүн келтирет, ал эми Комптон - 1922-жылы азыр өзүнүн атын алып жүргөн эффектти ачкан. Кошумчалай кетсек, Эйнштейн тарабынан иштелип чыккан салыштырмалуулук теориясы жарык шооласынын сызыктуу таралышынан четтөөдөгү тартылуу күчүн түшүндүргөн.
Ошентип, 20-кылымдын башындагы бул илимпоздордун эмгектери Ньютондун көз карашын жандандырды.жарык 17-кылымда.
Жарыктын корпускулярдык-толкундук теориясы
Жарык деген эмне? Бул бөлүкчөбү же толкунбу? Жарык чөйрөдө болобу, абасыз мейкиндикте болобу, таралышы учурунда толкундун касиетин көрсөтөт. Анын материя менен болгон өз ара аракеттенүүсү каралса, ал өзүн материалдык бөлүкчөдөй алып жүрөт. Ошондуктан, учурда жарыкка карата анын корпускулалык-толкун теориясынын алкагында сүрөттөлгөн касиеттеринин дуализми жөнүндө сөз кылуу адатка айланган.
Жарыктын бөлүкчөсү - фотондун тынч абалында заряды да, массасы да жок. Анын негизги мүнөздөмөсү - бул энергия (же жыштык, эгерде жогорудагы сөз айкашына көңүл бурсаңыз, ошол эле нерсе). Фотон ар кандай элементардык бөлүкчө (электрон, протон, нейтрон) сыяктуу кванттык механикалык объект, ошондуктан ал бөлүкчө сыяктуу импульске ээ, бирок аны локализациялоо мүмкүн эмес (так координаттарды аныктоо), ал толкун.
