Развитие представлений о природе света


НазваниеРазвитие представлений о природе света
Дата публикации29.03.2013
Размер44.9 Kb.
ТипДокументы
userdocs.ru > География > Документы
Развитие представлений о природе света

Пожалуй, свет — один из самых прекрасных и полезных даров природы. Согласно Библии, одними из первых слов, сказанных Богом, были: «Да будет свет», после чего появились Солнце и Луна — могучие источники света. «И сказал Бог: да будут светила на тверди небесной для освещения Земли и отделения дня от ночи...»

В обыденной речи слово "свет" мы используем в самых разных значениях: свет мой, солнышко, скажи..., ученье - свет, а неученье - тьма... В физике термин "свет" имеет гораздо более определенное значение. В узком смысле свет - это электромагнитные волны, вызывающие в глазу человека зрительные ощущения. Такой способностью обладают только волны с частотами 4·1014 - 8·1014 Гц. Однако, некоторые насекомые, например, пчелы способны видеть ультрафиолетовое излучение. А специальные приборы "ночного видения", часто используемые в военных целях, позволяют человеку видеть мир в инфракрасных лучах.

Ученые мужи времен Античности и Средневековья «пребывали во тьме», не понимая природу света. Они считали, что свет состоит из частиц, которые испускают светящиеся объекты, а может быть, и сам глаз. Им удалось установить лишь самые простые факты: что свет распространяется по прямой линии, что угол падения равен углу отражения от зеркального объекта и что световой луч изгибается (преломляется), проходя через стекло, воду и другие прозрачные субстанции.

Подавляющее большинство древних философов и ученых рассматривало свет как некие лучи, соединяющие светящееся тело и человеческий глаз. При этом одни из них полагали, что лучи исходят из глаз человека, они как бы ощупывают рассматриваемый предмет. Эта точка зрения имела большое число последователей, среди которых был Эвклид. Формулируя первый закон геометрической оптики, закон прямолинейного распространения света, Эвклид писал: "Испускаемые глазами лучи распространяются по прямому пути". Такого же взгляда придерживался Птолемей и многие другие ученые и философы.

Позже, в эпоху Возрождения Рене Декартом была выдвинута теория о светоносном эфире, при попытке обьяснить прохождение всета через пространство. Эта теория хорошо вписалась в картину мира физиков того времени. Но вскоре она столкнулась с трудностями. Световые волны — поперечные по своей природе: они распространяются в направлении перпендикулярном движению светового луча — словно рябь по водной поверхности, что отличает их от «продольных» звуковых волн. В наше время физики знают, что поперечные волны могут распространяться лишь в плотных средах. (Поперечные водяные волны, которые распространяются по водной поверхности, представляют особый случай, однако и они не могут проходить через толщу воды.) Следовательно, эфир должен быть очень плотной средой, а не жидкостью или газом. Он должен быть не просто жестким; чтобы пропускать волны со столь огромной скоростью, он должен быть намного жестче стали. Более того, он должен быть проницаем для обычных веществ — не просто для разреженного пространства, но и для газов, воды, стекла и других светопрозрачных материалов.

Но, чтобы выполнить эти условия, сверхплотность и жесткость должны сочетаться с полным отсутствием трения — как с самыми малыми космическими объектами, так и с человеческим глазом.

После того как теори эфира потерпела неудачу в конце XVII века начали активно развиваться новые теории. Английский физик Исаак Ньютон был сторонником корпускулярной теории света, утверждавшей, что свет - поток частиц. Хайгенс создал волновую теорию. Но огромный авторитет Ньютона в научном мире, а также трудности в объяснении явления поляризации привели к тому, что основная часть ученых придерживалась корпускулярной теории, даже после демонстрации явления интерференции в опытах Янга. Волновая теория света была принята только после того, как французский физик Огюстен Френель подкрепил идеи Янга математическими расчетами. Ирландский математик Вильям Гамильтон изучил взаимосвязь между волновой и корпускулярной точками зрения в своей теории.

Ученые разрабатывали математические методики для описания поведения волн в жидкостях и твердых телах, а Френель и его последователи использовали эти методики для разработки теории поперечных волн и объяснения поляризации. Английский физик Джеймс Кларк Максвелл показал, что электрические и магнитные поля взаимовлияют друг на друга таким образом, что позволяют волнам распространяться в пространстве. Уравнения, описывающие эти электромагнитные волны, совпадали с уже известными уравнениями,описывающими свет.

Однако, работа Максвелла оставляла неразрешенной проблему, общую для всех волновых теорий. При нагревании системы энергия равномерно распределяется между всеми ее частями. Если применить эту идею к теории света, то получается, что требуется бесконечно нагревать систему для равного распределения энергии между всеми элементами. Однако, температурные источники требуют абсолютно конечного объема тепла. В 1900 году немецкий физик Макс Планк объяснил это явление, предположив существование световых квантов - строго определенного количества энергии, впоследствии получившего название фотона.

Эйнштейн, в свою очередь, показал как теория Планка может быть использована для объяснения фотоэлектрического эффекта, при котором атом поглощает фотон, обладающий достаточной энергией для освобождения одного из электронов атома. Эйнштейн показал, что скорость высвобожденного электрона зависит не от количества света, а от его частоты. Освобожденный электрон движется быстрее, если он поглотил свет более высокой частоты. Работа Эйнштейна подводила к пониманию того факта, что свет - это не одни только частицы и не одни только волны, а их комбинация. В результате появилась достаточно «стройная» теория объединяющая корпускулярную и волновую теории, что в свою очередь позволило описать эффекты присущие свету. Эта теория получила название корпускулярно-волновой дуализм.

Итак, развитие представлений человека о природе света завершилось довольно сложной для представления обывателя теорией. Так называемый корпускулярно-волновой дуализм говорит о том, что фотону, представляющему из себя мельчайшую частичку света (квант света), в различных условиях удается проявлять себя как маленький упругий шарик или как электромагнитная волна. Фотон несет в себе одновременно свойства частицы и волны, что довольно тяжело себе представить. Так чем же на самом деле явлются фотоны? Начнем с того, что они движутся со скоростью света и являются по своей сути релятивистскими частицами. При такой скорости даже твердые тела меняют свою массу, и даже размеры. Что касается фотонов, у них вообще нет массы покоя, так как их невозможно затормозить до нерелятивистских скоростей. Относительно наблюдателя, для них даже время течет по другому. Также фотоны обладают импульсом. С другой стороны фотоны проявляют и волновые свойства, такие как интерференция, поляризация или дифракция.

Достаточно тяжело представить себе как одно и то же тело может быть и волной и частицей одновременно. Как свойства таких разных видов материи могут плавно перетекать друг в друга, образуя очень тонко налаженную систему, благодаря которой мы можем видеть наш мир во всем его великолепии.

Похожие:

Развитие представлений о природе света iconИстория развития представлений о природе света. Законы геометрической...
Явление отражения-преломление света. Физические характеристики лучей и сред. Физический смысл показателя преломления, характерные...
Развитие представлений о природе света iconМосковский университет государственного управления
Представление. Отличие образов восприятия от представлений памяти и представлений воображения. Характеристики представлений: наглядность,...
Развитие представлений о природе света iconЛабораторная работа Преломление света. Измерение показателя преломления жидкости
Цель работы: углубление представлений о явлении преломления света; изучение методики измерения показателя преломления жидких сред;...
Развитие представлений о природе света iconТематическое планирование по комплексной программе «Радуга» Т. Н....
Формирование представлений детей подготовительной группы о природе средствами тсо
Развитие представлений о природе света icon-
Вселенной, но и будущее самой цивилизации. На основе созданных человеком представлений об окружающей природе, создаются технологии,...
Развитие представлений о природе света iconОптические свойства воды реферат
Взаимодействие света с веществом имеет первостепенное значение в природе. Наиболее фундаментальным свойством материала по отношению...
Развитие представлений о природе света iconРабочая программа дисциплины «Психологическая компетентность профессионала»
Цель освоения дисциплины – формирование системы научных представлений о природе, особенностях проявления, условиях и факторах развития...
Развитие представлений о природе света iconЗадача определения скорости света принадлежит к числу важнейших проблем...
Потом скорость света было легко посчитать как отношение удвоенного расстояния на время до прихода света от второго фонаря. Конечно,...
Развитие представлений о природе света iconРазвитие представлений о воспитательной роли искусств в древнем мире и в средние века
Умение понять смысл художественного произведения, понять, как знаковую систему- основная задача постижения видов искусств
Развитие представлений о природе света iconВопросы к экзамену по общей физике (оптика) Электромагнитные волны....
Принцип Гюйгенса. Отражение и преломление световых волн от поверхности раздела двух сред
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница