Жарықтың корпускулалық теориясы мен-жарықтың толқындық теориясы
жүктеу/скачать 1,6 Mb.
|
|
1.Жарықтың табиғаты жайындағы ілімнің дамуы. Жарықтың электромагниттік теориясы ХVІІ ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты жайында екі түрлі ғылыми түсінік болды: жарықтың корпускулалық теориясы мен-жарықтың толқындық теориясы. Оптика-физика ғылымының дербес салаларының бірі. Оптикада жарық пен рентген сәулелерінің табиғаты мен қасиеттері және олардың затқа ететін әсерлері қарастырылады. Оптикалық құбылыстардың кейбіреулері ерте заманнан-ақ мәлім, мысалы, жарықтың түзу сызықпен таралуы, оның шағылуы сынуы ежелден белгілі. Жарықтың біртекті ортада түзу сызық бойымен таралу заңы мен жарықтың айнада шағылу заңы біздің эрамыздан бұрынғы ІІІ ғасырда ӛткен ертедегі грек ғалымы Евклидтің еңбектерінде кездеседі. Жарықтың мӛлдір екі ортаның шекараснда сыну құбылысы ертедегі грек ғалымы Аристотельге (б.э.д. 384-322ж.) мәлім болған. Жарықтың сыну заңын біздің эрамыздың бас кезінде ӛмір сүрген-Александриялық астроном К. Птолемей (70-147ж.) дәлелдемек болып талаптанған, бірақ оны ХVІІ ғасырдың басында Голландия физигі В. Снеллиус тағайындады. Оптиканың негізгі заңдарын (жарықтың түзу сызықпен таралу заңын, оның шағылу және сыну заңдарын т.т) ұғыну үшін және оптикалық құбылыстардытүсіну үшін жарықтың табиғаты туралы белгілі пікір болуы тиіс. Ондай пікірлерді кезінде ерте заман ғалымдары да ұсынды, бірақ ғылымның дамуымен қабат жарықтың табиғаты жайындағы ой-пікір ӛзгеріп дамып отырды. Біз ондай пікірлердің тым кӛнелеріне тоқталмай; тек ғылымның дамуына себепші болған беріректе шыққан жарық теорияларын ғана шолып ӛтеміз. ХVІІ ғасырдың аяқ кезінде жарықтың табиғаты жайында екі түрлі ғылыми түсінік болды. Олардың біреуі жарықтың корпускулалық теориясы, екіншісі-жарықтың толқындық теориясы. Жарықтың корпускулалық теориясын тұжырымды етіп баяндаған–ағылшынның атақты ғалымы И. Ньютон (1672ж.). Бұл теория бойынша, жарық дегеніміз- жарқырауық денелерден ұшып шыққан жарық бӛлшектерінің (корпускулалардың) ағыны. Ньютонша, жарық бӛлшектері инерция заңына лайық, түзу сызық бойымен қозғалады, сондықтан жарық біртекті ортада түзудің бойымен таралады; айнаға түскен жарық бӛлшектерінің шағылуы серпімді қабырғаға соғылған кәдімгі серпімді шардың шағылуына ұқсас, яғни шағылу бұрышы түсу бұрышына тең; екі мӛлдір ортаның шекарасында жарықтың сыну себебі жарық бӛлшектері сындырушы ортаның бӛлшектеріне тартылады, соның салдарынан бірінші ортадан екінші ортаға ӛткенде жарық бӛлшектерінің жылдамдығы ӛзгереді, сонда бірінші ортадан гӛрі екінші орта тығыздау болса, жарық бӛлшектерінің жылдамдығы артады. Демек, бірінші ортадағы жарық жылдамдығы ( υ1 ) екінші ортадағы жарық жылдамдығынан ( υ2 ) кем болады. Корпускулалық теория бойынша жарықтың сыну кӛрсеткіші (n) жарықтың екінші ортадағы жылдамдығының бірінші ортадағы жылдамдығының қатынасына тең, яғни n υ2 , мұндағы υ1 υ1 < υ2 . Бірақ Ньютонның тұсында бұл қорытынды тәжірибе жүзінде тексерілген емес; ӛйткені ол кезде жарықтың тек планеталар аралығында таралу жылдамдығы шамамен 300000 км/с екенігі ғана мәлім болатын (О. Ремер, 1676ж.). Жарықтың суда таралу жылдамдығы шамамен 225000 км/с екндігі 1850 жылы табылды (Л. Фуко). Демек, жарықтың судағы жылдамдығы ауадағы жылдамдығынан кем. Жарық ауадан суға ӛткендегі сыну кӛрсеткіші 1,33-ке тең, яғни 1-ден артық екендігі тәжірибеден мәлім. Демек, Ньютонның жарық сыну кӛрсеткіші жайындағы қорытындысы емес. Бұл теорияның бұдан да басқа кемшіліктері бар. Сондықтан бұл теория кезінде жарықтың бірден-бір теориясы бола алмады. Сол кездің ӛзінде-ақ Голландия ғалымы Х.Гюйгенс(1678 ж.) бірқатар дыбыс құбылыстарымен жарық құбылыстарын салыстыра отырып, жарықтың толқындық теориясын ұсынды. Бұл теория бойынша жарық дегеніміз ерекше серпімді ортада (эфирде) таралатын толқындық процесс. Гюйгенстің пікірінше жарық та, дыбысқа ұқсас сфералық беттер және толқындар түрінде таралады. Сонда жарық толқындары эфирде таралатын механикалық серпімді тербелістер болып табылады. Толқындық бет жеткен әрбір нүкте толқындардың дербес кӛзі болады; сол элементар толқындарды ораушы бет жаңа толқындық беттің орнын кӛрсетеді (Гюйгненс принципі). Толқындық беттерге тік жүргізілген түзуңлер жарық таралатын бағытты кӛрсетеді. Жарықтың табиғаты жайындағы осы пікірді орыстың атақты ғалымы М.В. Ломоносов та жақтады. Гюйгенс осы принципке сүйеніп жарықтың шағылу және сыну заңдарын, сондай-ақ жарықтың қосарланып сынуын да дұрыс түсіндірді. Толқындық теория бойынша жарықтың сыну себебі жарық бір ортадан екінші ортаға ӛткенде оның жылдамдығы ӛзгереді. Мысалы тығыз емес ортадан (ауадан) тығыздау ортаға (суға) ӛткенде жарық жылдамдығы кемиді, сонда тығыздау ортаның жарық сыну кӛрсеткіші жарықтың тығыз емес ортадағы υ1 жылдамдығының тығыздау ортадағы жылдамдығына қатынасына тең, яғни n υ1 , мұндағы υ2 υ1 > υ2 . Сыну кӛрсеткіші жайындағы бұл қорытындының дұрыс екендігі кейін тәжірибе жасалып дәлелденді. Сонымен жарық сындыру кӛрсеткішінің мазмұнын толқыфндық теория дұрыс баяндайды. Бірақ бұл теория осы күйінде жарықтың түзу сызық бойымен таралу заңын түсіндіре алмады. Сонымен қабат «жарық таралатын серпімді орта – эфир бар», деп болжау кӛңілге қонбады. Ӛйткені Гюйгенстің пікірінші барлық материалық денелер мен олардың араларындағы кеңістік эфирге толы, эфирдің қасиеттер қатты денелердің кейбір қасиеттеріне ұқсас болса, неге қозғалған денелердің әлімдік эфирге үйкелісі білінбейді, деушілер болды. Сӛйтіп ХVIII ғасыр бойы жарықтың корпускулалық және толқындық теорияларының арасындағы тартыс тоқталмады. ХІХ ғасырдың бас кезінен бастап қана толқындық теория үстем бола бастады. Бұл жӛнінде Т. Юнгтің және О. Френельдің зерттеулері маңызды роль атқарды. Ағылшын физигі Т. Юнг (1801 ж.) жарықтың интерференциялық құбылысы туралы жаңа идеялар айтты. Ол бұл құбылысты жарықтың толқындарының бір-бірімен қосылысуының нәтижесі деп ұғынды, ол жұқа пластинкалардың бетінде байқалатын әр түсті дӛңгелекшелердің, яғни Ньютон сақиналарының пайда болуын осы тұрғыдан қарастырып түсіндірді. Ол бірінші реет интерференция әдісін қолданып, кӛрінетін жарық сәулелері толқындарының ұзындығын ӛлшеді. Белгілі француз физигі О. Френель (1815 ж.) Гюйгенстің принципіне элементар толқындардың интерференциялану принципін қосты. Сӛйтіп, Гюйгенс-Френель принципі шықты. Френель осы принципке сүйеніп жарықтың түзу сызық бойымен таралуын қанағаттанарлық дәрежеде түсіндірді. Сонымен қабат ол осы Гюйгенс-Френель принципі негізінде жарықтың дифракциялық құбылысын да (жарықтың кішкене бӛгетті орап ӛтуін де) дұрыс түсіндірді. Француз физигі Э. Малюс (1809 ж.) байқаған жарықтың поляризация құбылысын Юнг (1817ж.) жарық толқынының тербелістері кӛлденең тербелістер деген ұғымға сүйене отырып түсіндірді. Сонымен ХІХ ғасырдың басында Юнг пен Френельдің зерттеулерінің нәтижесінде жарықтың толқындық теориясы жарықтың корпускулалық теориясын біржола жеңді. Кӛпшілік толқындық теория жағына шықты. Сӛйтіп жарық ерекше серпімді ортада – эфирде – кӛлденең тербелістер түрінде таралады деген тұжырым жасалды. Жарықтың толқындық теориясы кезінде кӛптеген оптикалық құбылыстарды түсіндіре алғанмен, жарықтың бұл теориясы елеулі қиыншылықтарға кездесті. Мәселенің ең қиыны жарық таралатын серпімді ерекше орта – эфирде болды. Ӛйткені тәжірибеге қарағанда жарық толқындары кӛлденең толқындар болуы тиіс. Кӛлденең тербелістер тек қатты денелерде ғана тарала алады. Сондықтан эфирдің қасиеттері қатты дененің қасиеттеріндей деп ұйғаруға тура келді. Ал кӛлденең серпімді толқындардың қатты денеде таралу жылдамдығы ( υ ) сол дененің ығысу модулінің (N) оның тығыздығына (ρ ) қатынасының квадрат түбіріне тең, яғни υ сонда бұл жылдамдық жарық жылдамдығындай (300000 км/с) ӛте үлкен шама болуы үшін ρ ӛте-мӛте аз, N тым ӛте үлкен болуға тиіс, демек эфир тығыздығы ӛте аз, ығысу модулі ӛте үлкен серпімді тұтас орта болуы керек, осындай тұтас ортаның болуы мүмкін емес, ӛйткені бұл қасиеттер біріне-бірі қайшы. Сондықтан кезінде жарықтың серпімді тоқындық теориясына да қарсы пікірлер болды. Екінші жағынан, бұл теорияның кӛлемінде жарық құбылыстары басқа физикалық құбылыстармен байланыссыз жеке қарастырылды. Дұрысында, табиғат құбылыстары бір-біріне тығыз байланысты. Сӛйтіп, серпімді толқындық теорияда бірден-бір жрық теориясы бола алмады. ХІХ ғасырдың алпысыншы жылдарында ағылшынның атақты физигі Дж. Максвелл электромагниттік құбылыстардың теориясын дамыта келіп, айымалы электромагниттік ӛріс кеңістікте бір орында тұрмай, барлық жаққа таралатындығын, оның вакуумда таралу жылдамдығы токтың электромагниттік ӛлшеу бірілігінің электростатикалық бірлігіне қатынасына тең екендігін дәлеледі; ал бұл қатынастың шамасы жарықтың вакуумдағы жылдамдығына (31010 см/с-ке) тең екендігі бұрыннан мәлім болатын (Вебер мен Кольрауш, 1856 ж.). Сӛйтіп, электромагниттік ӛрістің таралу жылдамдығы жарықтың таралу жылдамдығына тең болып шықты. Максвелл бұдан (1865 ж.) электромагниттік толқынмен жарықтың табиғаты бір, яғни жарық дегеніміз электромагниттік толқындардың дербес түрі деген қорытынды жасады. Кӛп ұзамай-ақ неміс физигі Г. Герц (1888 ж.) тәжірибе жасап электромагниттік толқындармен жарықтың негізгі қасиеттерінің ұқсас екндігін дәлелдеді. Жарықтың электромагниттік теориясы заттың оптикалық, электрлік, магниттік тұрақтыларының арасындағы айланыс бар екендігін тағайындады. Бірақ бұл теория жарықтың затта таралу ерекшеліктерін, атап айтқанда, заттың жарық сыну кӛрсеткішінің жарық толқынының ұзындығына тәуелділігін (жарық дисперсиясын) түсіндіре алмады. Бұл мәселелерді электрондық теорияға сүйене отырып дұрыс түсіндіруге болады (Г. Лоренц, 1896 ж.). Жарықтың электромагниттік толқын екендігі тағайындалуы мен қабат «серпімді эфир» гипотезасы кәдеге аспай қалып, оның орнына жарық таралатын, «электромагниттік эфир» болуға тиіс дейтін гипотеза шықты. Бірақ салыстырмалылық теория шыққаннан кейін (А. Эйнштейн, 1905 ж.) жарық таралатын эфир бар деуде ешбір мағына жоқ екндігі айқын болды. жүктеу/скачать 1,6 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|