Was ist Licht? Diese Frage hat die Menschheit zu allen Zeiten interessiert, aber erst im 20. Jahrhundert unserer Zeitrechnung konnte viel über die Natur dieses Phänomens geklärt werden. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Korpuskulartheorie des Lichts, ihre Vor- und Nachteile.
Von antiken Philosophen zu Christian Huygens und Isaac Newton
Einige Beweise, die bis in unsere Zeit überlebt haben, besagen, dass sich die Menschen im alten Ägypten und im alten Griechenland für die Natur des Lichts zu interessieren begannen. Zunächst glaubte man, dass Objekte Bilder von sich selbst aussenden. Letztere, die in das menschliche Auge gelangen, erzeugen den Eindruck der Sichtbarkeit von Objekten.
Dann, während der Entstehung des philosophischen Denkens in Griechenland, tauchte eine neue Theorie von Aristoteles auf, der glaubte, dass jeder Mensch einige Strahlen aus den Augen aussendet, dank denen er Objekte "fühlen" kann.
Das Mittel alter brachte keine Klarheit in die Problematik, neue Errungenschaften kamen erst mit der Renaissance und der Revolution in der Wissenschaft. Insbesondere in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts tauchten zwei völlig gegensätzliche Theorien auf, die dies anstrebtenerklären die Lichtphänomene. Die Rede ist von der Wellentheorie von Christian Huygens und der Korpuskulartheorie von Isaac Newton.
Trotz einiger Erfolge der Wellentheorie hatte sie immer noch eine Reihe wichtiger Mängel:
- glaubte, dass sich Licht im Äther ausbreite, was von niemandem entdeckt wurde;
- die Quernatur der Wellen bedeutete, dass der Äther ein festes Medium sein musste.
In Anbetracht dieser Mängel und auch angesichts der enormen Autorität von Newton zu dieser Zeit wurde die Theorie der Teilchen-Körperchen im Kreis der Wissenschaftler einstimmig akzeptiert.
Das Wesen der Korpuskulartheorie des Lichts
Newtons Idee ist denkbar einfach: Wenn alle Körper und Prozesse um uns herum durch die Gesetze der klassischen Mechanik beschrieben werden, an der Körper endlicher Masse beteiligt sind, dann sind auch Licht kleine Teilchen oder Korpuskeln. Sie bewegen sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit im Raum, treffen sie auf ein Hindernis, werden sie davon reflektiert. Letzteres erklärt zum Beispiel die Existenz eines Schattens auf einem Objekt. Diese Lichtvorstellungen hielten bis Anfang des 19. Jahrhunderts an, also etwa 150 Jahre.
Interessanterweise verwendete Lomonosov Mitte des 18. Jahrhunderts die Newtonsche Korpuskulartheorie, um das Verh alten von Gasen zu erklären, das in seinem Werk „Elements of Mathematical Chemistry“beschrieben wird. Lomonosov betrachtete Gas als aus Teilchen zusammengesetzt.
Was erklärt die Newtonsche Theorie?
Die skizzierten Ideen zum Thema Licht gemachtein großer Schritt, um seine Natur zu verstehen. Newtons Theorie der Teilchen konnte folgende Phänomene erklären:
- Geradlinige Lichtausbreitung in einem homogenen Medium. In der Tat, wenn keine äußeren Kräfte auf ein sich bewegendes Lichtteilchen einwirken, dann wird sein Zustand erfolgreich durch das erste Newtonsche Gesetz der klassischen Mechanik beschrieben.
- Das Phänomen der Reflexion. Beim Auftreffen auf die Grenzfläche zwischen zwei Medien erfährt das Korpuskel einen absolut elastischen Stoß, wodurch sein Impulsmodul erh alten bleibt und es selbst unter einem Winkel gleich dem Einfallswinkel reflektiert wird.
- Das Phänomen der Lichtbrechung. Newton glaubte, dass das Korpuskel beim Eindringen in ein dichteres Medium aus einem weniger dichten (z. B. von Luft in Wasser) aufgrund der Anziehung der Moleküle des dichten Mediums beschleunigt. Diese Beschleunigung führt zu einer Änderung seiner Flugbahn näher an der Normalen, d. h. es wird ein Brechungseffekt beobachtet.
- Die Existenz von Blumen. Der Schöpfer der Theorie glaubte, dass jede beobachtete Farbe ihrem eigenen „Farb“-Körperchen entspricht.
Probleme der aufgestellten Theorie und Rückkehr zur Idee von Huygens
Sie begannen aufzutauchen, als neue Lichteffekte entdeckt wurden. Die wichtigsten sind Beugung (Abweichung von der geradlinigen Ausbreitung des Lichts beim Durchgang eines Strahls durch einen Sp alt) und Interferenz (das Phänomen der Newtonschen Ringe). Mit der Entdeckung dieser Eigenschaften des Lichts begannen Physiker im 19. Jahrhundert, sich an die Arbeiten von Huygens zu erinnern.
Im selben 19. Jahrhundert untersuchten Faraday und Lenz die Eigenschaften von elektrischen (magnetischen) Wechselfeldern, undMaxwell führte die entsprechenden Berechnungen durch. Damit wurde bewiesen, dass Licht eine elektromagnetische Transversalwelle ist, die zu ihrer Existenz keinen Äther benötigt, da sich die Felder, die sie bilden, bei der Ausbreitung gegenseitig erzeugen.
Neue Lichtentdeckungen und Max-Planck-Idee
Es scheint, dass Newtons Korpuskulartheorie bereits vollständig begraben wurde, aber zu Beginn des 20. Jahrhunderts tauchen neue Ergebnisse auf: Es stellt sich heraus, dass Licht Elektronen aus Materie "herausziehen" und dabei Druck auf Körper ausüben kann fällt auf sie. Diese Phänomene, zu denen noch ein unverständliches Spektrum eines schwarzen Körpers hinzukam, erwiesen sich als wirkungslos für die Wellentheorie.
Die Lösung hat Max Planck gefunden. Er schlug vor, dass Licht mit den Atomen der Materie in Form kleiner Portionen interagiert, die er Photonen nannte. Die Energie eines Photons kann durch die Formel bestimmt werden:
E=hv.
wobei v - Photonenfrequenz, h - Plancksche Konstante. Max Planck legte dank dieser Lichtidee den Grundstein für die Entwicklung der Quantenmechanik.
Anhand von Plancks Idee erklärt Albert Einstein 1905 das Phänomen des photoelektrischen Effekts, Niels Bohr - 1912 liefert eine Erklärung für atomare Emissions- und Absorptionsspektren, und Compton - entdeckt 1922 den Effekt, der heute seinen Namen trägt. Darüber hinaus erklärte die von Einstein entwickelte Relativitätstheorie die Rolle der Schwerkraft bei der Abweichung von der linearen Ausbreitung eines Lichtstrahls.
So belebte die Arbeit dieser Wissenschaftler des frühen 20. Jahrhunderts Newtons Ideen überLicht im 17. Jahrhundert.
Korpuskularwellentheorie des Lichts
Was ist Licht? Ist es ein Teilchen oder eine Welle? Licht weist bei seiner Ausbreitung, sei es in einem Medium oder im luftleeren Raum, die Eigenschaften einer Welle auf. Betrachtet man seine Wechselwirkungen mit Materie, verhält es sich wie ein materielles Teilchen. Daher ist es heute üblich, beim Licht vom Dualismus seiner Eigenschaften zu sprechen, die im Rahmen der Korpuskularwellentheorie beschrieben werden.
Ein Lichtteilchen - ein Photon hat im Ruhezustand weder Ladung noch Masse. Sein Hauptmerkmal ist Energie (oder Frequenz, was dasselbe ist, wenn Sie auf den obigen Ausdruck achten). Ein Photon ist ein quantenmechanisches Objekt, wie jedes Elementarteilchen (Elektron, Proton, Neutron), daher hat es einen Impuls, als wäre es ein Teilchen, aber es kann nicht lokalisiert werden (genaue Koordinaten bestimmen), als wäre es ein Welle.
