Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 67. Краткие сведения из истории оптики
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 67. Краткие сведения из истории оптики. Ответ на вопрос
о природе световых волн был получен на основании длинного ряда наблюдений над особенностями световых явлении. При этом, как обычно бывает при развитии наших научных воззре- ний, представление о природе света менялось по мере того, как накапливались новые сведения и данные. Волновые представления о природе света развивались еще в XVII веке X. Гюйгенсом и поддерживались на протяжении XVIII века Л. Эйлером, М. В. Ломоносовым и В. Франклином. Однако в течение всего этого периода наиболее обоснованными оставались корпускулярные представления о свете, в соответ- ствии с которыми свет уподоблялся потоку быстро летящих ча- стичек (И. Ньютон). Лишь в начале XIX века трудами О. Френе- ля и Т. Юнга была надежно обоснована волновая природа света (см. гл. XIII и XIV). При этом волны эти уподоблялись упругим волнам, сходным до известной степени с волнами, обусловлива- ющими акустические явления. Однако две важные особенности отличают световые волны от звуковых. Во-первых, свет распространяется через пространство, от- куда удален воздух или другая среда, тогда как звук в ва- кууме распространяться не может (см. § 33). Распространение света в вакууме можно наблюдать в электрических лампочках накаливания, из баллона которых откачан воздух 1 ). Другим доказательством способности света распространяться в вакууме являются наблюдения света Солнца и звезд, отделенных от нас огромными пространствами, содержащими в единице объема еще меньше вещества, чем самые совершенные вакуумные при- боры. По современным данным в межзвездном пространстве приходится в среднем около одного атома на 1 см 3 , тогда как в наиболее тщательно откачанных вакуумных приборах заключено не менее 10 8 атомов или молекул в 1 см 3 . Во-вторых, отличительной особенностью световых волн по сравнению с волнами звуковыми является огромная скорость их распространения. Астрономические наблюдения над затмениями 1 ) В большинстве современных ламп накаливания баллон после тщательной откачки вновь наполняется каким-либо химически неактивным газом, напри- мер азотом. Это делается, однако, лишь для того, чтобы уменьшить распыление нити, т. е. удлинить срок службы лампы. Свет же от нити распространяется и в лампах с самой совершенной откачкой. 186 Гл. VII. Общая характеристика световых явлений спутников Юпитера, выполненные Ремером (см. § 157), показа- ли, что скорость распространения света в мировом пространстве близка к 300 000 км/с (3 · 10 8
рость света в воздухе, где звук распространяется со скоростью, примерно в миллион раз меньшей. Огромная скорость распространения света выделяла опти- ческие явления из всех других, известных в первой четверти XIX века. Примерно полвека спустя Дж. Максвелл установил, исходя из теоретических соображений, что с такой именно скоро- стью должно распространяться в с я к о е э л е к т р о м а г н и т- н о е в о з м у щ е н и е. Через некоторое время Г. Герц на опыте осуществил электромагнитные волны, скорость распространения которых действительно оказалась равной скорости распростране- ния света. Дальнейшими исследованиями и в первую очередь опытами П. Н. Лебедева, получившего самые короткие по тому времени электромагнитные волны (6 мм), было установлено, что все основные свойства электромагнитных волн совпадают со свой- ствами волн световых. Все эти важные факты привели к мыс- ли, что световые волны представляют собой электромаг-
в радиотехнике, своей очень малой длиной (меньше микромет- ра) (см. § 58). Электромагнитной природой световых волн объясняется ис- пускание электронов освещенными металлами, т. е. так назы- ваемый фотоэлектрический эффект, о котором мы упоминали в томе II, § 9 и с которым подробнее познакомимся в гл. XXI. Существует и ряд других явлений, обнаруживающих связь меж- ду светом и электромагнитными процессами. Опираясь на всю совокупность экспериментальных и теоретических данных, мы можем считать установленным, что световые волны представ- ляют собой электромагнитные волны. Светящиеся тела (напри- мер, Солнце) испускают электромагнитные (первичные) волны. Попадая на какое-нибудь тело, такая первичная волна вызыва- ет вынужденные колебания его электронов, которые становятся источниками вторичных электромагнитных волн. Все многооб- разие световых явлений, все видимые нами окраски и очерта- ния предметов представляют собой суперпозицию (наложение) первичных и вторичных волн. Как уже указывалось раньше, многие черты волновых явлений оказываются сходными для волновых процессов самой разнообразной природы. Поэтому и в дальнейшем, знакомясь с основными законами и понятиями оптики, мы воспользуемся сведениями о волнах, изложенными
Гл. VII. Общая характеристика световых явлений 187
в гл. IV, V и VI. Накопление новых экспериментальных дан- ных привело в XX веке к заключению, что свет наряду с вол- новыми обладает и корпускулярными свойствами (кванты све- та или фотоны, § 184). В настоящее время квантовая теория объединяет волновые и корпускулярные представления о свете в единое целое, так же как она объединяет волновые и корпус- кулярные представления об электронах, атомах и других части- цах (см. § 210). |