Человек наделен пятью органами чувств: зрением, слухом, обонянием, осязанием и вкусом. С помощью этих чувств мы получаем информацию об окружающем нас мире. Роль каждого из них в объеме получаемой нами информации существенно различается: около 80 % всей воспринимаемой человеком информации приходится на долю только одного чувства — зрения. Поэтому с полным основанием мы можем назвать зрение основным чувством, с помощью которого мы познаем мир, его красоту, богатство форм, красок, содержания.
Но для работы нашего органа зрения — глаза — необходимо наличие еще одного важнейшего фактора — света. Зрение и свет связаны самым непосредственным образом: если человеку завязать глаза (как бы выключить их) в светлом месте или ввести его с открытыми глазами в помещение без какого-либо света, то эффект будет одинаков — человек теряет ориентировку, и на помощь ему приходят другие чувства (слух, обоняние, осязание).
Так что же такое свет?
По современным научным представлениям свет — это электромагнитное излучение с определенными параметрами. Электромагнитных излучений как природного, так и искусственного происхождения существует множество: это и радиотелевизионные сигналы, рентгеновские и космические лучи, и свет, и многое другое. Общим для всех видов электромагнитных излучений является скорость их распространения в вакууме, равная 300 000 000 метров в секунду.
Что Такое Свет-Волна Или Частица
Электромагнитные излучения характеризуются частотой колебаний, показывающей число полных циклов колебаний в секунду, или длиной волны, то есть расстоянием, на которое распространяется излучение за время одного колебания (как говорят, за «один период колебаний»). Частота колебаний (обычно обозначается буквой f), длина волны (обозначается λ) и скорость распространения излучений (обозначается с) связаны простым соотношением:
Если в радиотехнике обычно пользуются понятием «частота», то в светотехнике и в оптике принято характеризовать излучение длиной волны. Так вот, свет — это электромагнитное излучение с длинами волн от 380 до 760 миллиардных долей метра или нанометров (сокращенно нм).
Излучения с разной длиной волны воспринимаются глазом по разному: от 380 до 450 нм — как фиолетовый цвет; от 450 до 480 — как синий; от 480 до 510 — как голубой; от 510 до 550 — как зеленый; от 550 до 575 — как желто-зеленый; от 575 до 590 — как желтый; от 590 до 610 — как оранжевый; более 610 нм — как красный цвет. Границы цветов приблизительны и у разных людей могут несколько различаться.
Белый цвет — это совокупность всех или нескольких цветов, взятых в определенной пропорции. Если луч белого света пропустить через стеклянную призму, то он разложится на цветные составляющие. Совокупность цветных составляющих сложного излучения называется спектром излучения (рис. 1).
Источник: eti.su
Свет: частица или волна? История развития представлений и корпускулярно-волновой дуализм.
На протяжении истории человечество задумывалось о природе такого явления, как свет. С древних времен и до наших дней представления о нем менялись и совершенствовались. Наиболее популярные гипотезы склонялись к тому, что свет — это частица или волна. Раздел современной науки, изучающий природу и поведение света, называется оптикой.
Что такое свет и как мы видим [основы физической оптики]
История развития представлений о свете
Согласно представлениям древнегреческих философов, например, Аристотеля, свет – это лучи, исходящие из глаз человека. Через эфир, прозрачную субстанцию, заполняющую пространство, эти лучи распространяются, позволяя человеку видеть предметы.
Вам будет интересно: История и гибель лайнера «Нормандия» (Normandie)
Другой философ, Платон, высказал предположение, что источником света на Земле является Солнце.
Философ и математик Пифагор полагал, что из предметов вылетают крошечные частицы. Попадая в глаз человека, они дают нам представление о внешнем виде этих предметов.
Несмотря на кажущуюся наивность, данные гипотезы заложили основу для дальнейшего развития мысли.
Так, в XVII веке немецкий ученый Иоганн Кеплер высказал теорию, близкую к представлениям Платона и Пифагора. По его мнению, свет – частица, или точнее, поток частиц, распространяющийся от какого-либо источника.
Корпускулярная гипотеза Ньютона
Ученый Исаак Ньютон выдвинул теорию, объединившую до некоторой степени противоречивые представления о данном явлении.
Согласно гипотезе Ньютона, свет – частица, скорость перемещения которой очень велика. Корпускулы распространяются в однородной среде, двигаясь равномерно и прямолинейно от источника света. Если поток этих частиц попадает в глаз, то человек наблюдает его источник.
По мнению ученого, корпускулы имели неодинаковые размеры, давая ощущения различных цветов. Например, крупные частицы способствуют тому, что человек видит красный цвет. Явления отражения потока света он аргументировал отскоком частиц от твердой преграды.
Белый цвет ученый объяснил сочетанием всех цветов спектра. На этом заключении построена его теория дисперсии – явления, обнаруженного им в 1666 году.
Гипотезы Ньютона нашли большое признание среди его современников, объясняя многие оптические явления.
Волновая теория Гюйгенса
Другой ученый того же времени, Христиан Гюйгенс, не согласился с тем, что свет – частица. Он выдвинул волновую гипотезу природы света.
Гюйгенс полагал, что все пространство между предметами и в самих предметах заполнено эфиром, а световое излучение – это импульсы, волны, распространяющиеся в этом эфире. Каждый участок эфира, до которого доходит световая волна, становится источником, так называемых вторичных волн. Опыты по интерференции и дифракции света подтвердили возможность волнового объяснения природы света.
Теория Гюйгенса не получила большого признания в его время, так как большинство ученых склонны были считать свет частицей. Однако она была впоследствии принята и доработана многими учеными, например, Юнгом и Френелем.
Дальнейшее развитие представлений
Вопрос, что такое свет в физике, продолжал занимать умы ученых. В XIX веке Джеймс Клерк Максвелл разработал теорию, согласно которой световое излучение – это высокочастотные электромагнитные волны. Его представления основывались на факте, что скорость распространения света в вакууме равняется скорости распространения электромагнитных волн.
В 1900 году Макс Планк ввел в науку термин «квант», переводящийся как «порция», «небольшое количество». Согласно Планку, излучение электромагнитных волн происходит не непрерывно, а порционно, квантами.
Эти представления развил Альберт Эйнштейн. Он высказал мнение, что свет не только излучается, но также поглощается и распространяется частицами. Для их обозначения он использовал слово «фотоны» (термин впервые предложен Гилбертом Льюисом).
Корпускулярно-волновой дуализм
Современное объяснение природы света лежит в понятии корпускулярно-волнового дуализма. Суть данного явления состоит в том, что материи могут проявлять свойства и волны, и частицы. Свет является примером такой материи. Исследования ученых, пришедших к, казалось бы, противоположным мнениям, являются подтверждением двойственной природы света.
В одно и то же время свет – частица и волна. Степень выраженности каждого из этих свойств зависит от конкретных физических условий. В определенных случаях свет проявляет свойства электромагнитной волны, подтверждая волновую теорию своего происхождения, в иных случаях, свет — это поток корпускул (фотонов). Это дает основания заявить, что свет – частица.
Свет стал первой материей в истории физики, у которой признали наличие корпускулярно-волнового дуализма. В дальнейшем это свойство было обнаружено еще у ряда материй, например, волновое поведение наблюдается у молекул и нуклонов.
Подводя итог, можно сказать, что свет – уникальное явление, история развития представлений о котором насчитывает более двух тысяч лет. Согласно современному понимаю данного явления, свет обладает двойственной природой, проявляя свойства и волн, и частиц.
Источник: 1ku.ru
12 фактов о свете, которые заставят тебя сиять от знаний
Мы воспринимаем свет как должное и не особо задумываемся ни о его природе, ни об особенностях. А ведь это явление весьма интересное, если посмотреть на него подробнее.
1. Люди излучают свет
Когда кто-то говорит, что ты сегодня буквально светишься, подразумевая бодрость или хорошее настроение, он недалек от истины. С помощью специальных камер ученые обнаружили, что человеческие тела излучают свет, который в тысячу раз слабее, чем тот, что можно уловить невооруженным глазом. Исследования показали, что люди излучают свет, подобно стробоскопам, с определенным ритмом.
2. Свет, который ты видишь сейчас, был создан задолго до появления цивилизаций
Но как же так, ведь свету, чтобы добраться от Солнца до Земли, требуется всего 8 минут 17 секунд. Это действительно так, но те фотоны, что достигают Земли, не являются «свежими». На самом деле каждому из них примерно 100 тысяч лет. Именно столько времени требуется фотонам, чтобы выбраться из центра звезды к поверхности и отправиться в космос, в том числе и к нашей планете. Это происходит из-за того, что фотоны, образовавшиеся в результате реакций синтеза элементов, сталкиваются друг с другом, и это похоже на попытку попасть в вагон метро в час-пик.
3. Свет можно замедлить и даже остановить
Из школьной физики мы знаем, что скорость света в вакууме равна почти 300 тысячам километров в секунду. И, как оказалось, можно двигаться со скоростью света. Однако ты возразишь, что достичь этой скорости просто невозможно, и мы согласимся, если говорить о той величине, что была указана выше. Но что если замедлить свет?
Еще в 1999 году группа физиков из Гарвардского университета смогла замедлить скорость фотона света всего до 60 километров в час путем охлаждения лазера в конденсате. Позже они и вовсе смогли остановить фотон на одну миллисекунду.
4. Свет не движется по прямой
Фотонам достаточно трудно двигаться по прямой линии, хотя нам кажется, что это не так, если, например, посветить фонариком вперед. Вместо этого фотоны как бы огибают объекты, в том числе и резкие углы, из-за чего частицы могут преломляться и как бы заглядывать за углы.
5. Света не существовало сотни тысяч лет после Большого взрыва
По общепринятой космологической модели, описывающей раннее развитие Вселенной, Большой взрыв дал начало всему, что существует сегодня, а до него Вселенная находилась в сингулярном состоянии, проще говоря, в виде точки.
Интересно то, что, по расчетам ученых, Вселенная была полностью темной в течение примерно 400 тысяч лет после Большого взрыва. Все дело в том, что температура была настолько высокой, что фотоны просто не могли образовываться.
6. Самый эффективный свет излучают светлячки
Светлячки — это жуки, которые излучают зеленоватый свет из нижней части тела. В реакции свечения участвуют несколько химических соединений, и многие виды светлячков могут не просто постоянно сиять, но и даже уменьшать или увеличивать силу света и даже испускать прерывистые сигналы. Но самое интересное — это коэффициент полезного действия фонариков этих жуков, который доходит до 98%. Для сравнения, КПД лампы накаливания составляет всего 5%, а у светодиодной лампочки не более 90%.
7. Свет может подключить к интернету
Люди, знакомые с оптоволоконным видом проводной связи, наверное, подумали, что речь будет о ней, но нет. Мы говорим о технологии Li-Fi (Light Fidelity), которая является двунаправленной высокоскоростной беспроводной технологией передачи данных. Это похоже на Wi-Fi, однако вместо радиоканала используется видимый свет в открытом пространстве без волновода. По сути можно раздавать интернет с помощью светодиодных ламп.
8. Звуковые волны в жидкости могут создавать свет
Существует явление, которое называется сонолюминесценцией. Это явление возникновения вспышки света при схлопывании кавитационных пузырьков, рожденных в жидкости, например, в фосфорной кислоте, мощной ультразвуковой волной. Если проще, то когда пузырьки сталкиваются между собой, создается свет в результате удара звуковой волной, и происходит резкий нагрев. Если мощность ультразвука достаточно высока, в центре резервуара с жидкостью возникает яркий голубой свет. Кстати, при мощном ультразвуке температура пузыря может превышать температуру на поверхности Солнца.
9. Свет может двигать космические корабли
Несмотря на то, что фотон не обладает строением и размерами, а его масса равна нулю, он все же имеет энергию. И, когда ты наслаждаешься лучами солнца, на самом деле миллиарды фотонов каждую секунду толкают твою кожу, но ты этого никак не замечаешь.
Импульс, даваемый фотонами объектам, в которые врезаются, может перемещать их в космосе. Для этого ученые разработали так называемый солнечный парус, который может двигать космические корабли, по крайней мере в пределах Солнечной системы.
10. Свет может заставить людей чихать
Почему мы чихаем при взгляде на яркий предмет? Это одна из тех необъяснимых вещей, которые делает наше тело, и ученые все еще не пришли к общему мнению в ответе на этот вопрос. Одно из объяснений этого явления состоит в том, что мозг ошибочно принимает свет за сигнал к чиханию, вместо того, чтобы интерпретировать его как необходимость сузить зрачки.
11. Свет заставляет нас жить по определенным ритмам
Почему большинство людей не могут уснуть днем? Все дело в мелатонине — гормоне сна, вырабатываемом в эпифизе, шишковидной железе, а также в гардеровой железе, мозжечке, щитовидной железе и других областях тела. Когда естественный или искусственный свет воздействует на тело, он подавляет выработку этого гормона, что приводит к бодрствованию. Именно поэтому бывает так сложно уснуть даже под светом слабого ночника.
12. Гравитация притягивает свет
Гравитация — загадочное явление, которое до сих пор до конца не изучено. Она оказывает воздействие на все, в том числе и на частицы без массы вроде фотонов. На Земле мы не видим искажение лучей гравитацией, так как сила притяжения на нашей планете не оказывает существенного влияния на фотоны. Однако вблизи особо крупных объектов, таких как гигантские звезды или черные дыры, огромная сила гравитации способна существенно искривлять лучи.
Источник: brodude.ru
Свет — это частица или волна?
В приближенном виде, свет и частица и волна. Но в точном представлении свет не является ни частицей, ни волной, а является чем-то более сложным.
В качестве метафоры рассмотрим цилиндрическую банку фасоли. Если держать банку боком, заставить друга только посмотреть на ее тень, и спросить его, какая форма у предмета, он ответит «прямоугольником». Но теперь поверните банку на девяносто градусов, заставьте второго друга посмотреть только на тень, и он скажет вам, что банка «круглая». Теперь ваши двое друзей будут спорить друг с другом об истинной форме, и они не будут делать большого прогресса.
Кто из них прав? Они оба правы и оба не правы в некотором смысле. Цилиндр является круглым, как видно из одного угла, и прямоугольным, как видно из другого угла, но на самом деле это гораздо больше, чем круг плюс прямоугольник.
Это нечто более сложное: трехмерная форма, которую невозможно полностью описать с помощью двумерных форм, таких как круги и прямоугольники. Проблема в том, что ваши друзья смотрели на тени банки фасоли, а не на сам объект. Тень — это двумерное, рухнувшее представление трехмерного объекта.
Тень — это двумерное свернутое представление трехмерного объекта. Случай очень похож, когда дело доходит до квантовых частиц, таких как свет. Сказать, что свет — это частица, значит рассматривать его как свернутое представление более сложной сущности. Точно так же изображать свет как волну — значит рассматривать его как более простой объект, чем он есть на самом деле.
Свет иногда действует как волна, а иногда как частица, в зависимости от ситуации. Это имеет смысл только в том случае, если вы признаете, что свет является чем-то более сложным; что-то, что с определенной точки зрения выглядит волнообразным, а с другой точки зрения выглядит частицеобразным. Так что же на самом деле является светом? На этот вопрос трудно ответить, не вдаваясь в сложную математику.
Ситуация похожа на пресловутого слона и слепых. Один слепой чувствует только ногу слона и объявляет слона деревом. Другой слепой чувствует хвост слона и объявляет его веревкой. Другой чувствует бивень и объявляет животное копьем. Все слепые отчасти правы, а отчасти ошибаются, потому что не имеют полной информации.
Но как объяснить слона слепому человеку, если он не лазит по нему и не чувствует каждый сантиметр? Вот в чём трудность, с которой сталкиваются физики, объясняя квантовые частицы людям, неспособным решить математику самостоятельно.
Свет — это комплексное распределение вероятностей, которое имеет квантованные (дискретные) свойства, такие как энергия. Самый маленький кусочек света называется фотоном. Подобно волне, фотон испытывает дифракцию, интерференцию, преломление, отражение, дисперсию, когерентность и имеет частоту.
Как и частица, фотон содержит фиксированную энергию, фиксированный момент, фиксированный спин и может быть измерен, чтобы иметь одно фиксированное место в пространстве. Волнообразные и частицевидные признаки фотона компенсируются в соответствии с принципом неопределенности Гейзенберга. Это означает, что чем больше вы заставляете фотон действовать как частица, например, заключая его в небольшую коробку, тем самым снижая неопределенность в его положении, тем меньше он действует как волна.
В знаменитом эксперименте Юнга с двойной щелью когерентный луч света направляется через две щели, а затем на фотопластинку. Когда каждый фотон попадает на пластинку, он делает единственную точечную метку, указывающую на то, что фотон взаимодействовал с пластинкой как частица.
Но общая картина меток на пластине — это картина интерференции полос, которая возможна только в том случае, если свет является волной. Интерференция является результатом того, что два луча создаются двумя щелями, которые расходятся от щелей и мешают друг другу.
Что еще более удивительно, если мы притушим свет до тех пор, пока не будем пропускать только один фотон за один раз, мы все равно получим интерференционную картину. Это означает, что один фотон проходит через обе щели одновременно, воздействует на себя волнообразным образом при выходе из щелей, и затем делает одну отметку на пластинке, как частицы. Если это звучит для вас бессмысленно, то это потому, что вы все еще представляете фотон как просто частицу или волну. Поскольку фотон является флуктуирующим распределением вероятностей с квантованными свойствами, он может делать все эти вещи совершенно разумным образом.
Удивительно, но все квантовые объекты от электронов до протонов ведут себя как квантованные распределения вероятностей, а не только фотоны. Если вы обнаружите, что квантовую частицу/волну трудно визуализировать, не позволяйте этой трудности искушать вас отвергать квантовую теорию как бессмыслицу. Квантовая теория была экспериментально проверена в сотнях лабораторий уже почти столетие. Кроме того, полупроводниковый чип внутри компьютера, который вы сейчас видите перед собой, в решающей степени зависит от правильности квантовой теории. Отвергать квантовую теорию как шарлатанство, потому что ее концепции трудно визуализировать, значит сказать, что компьютеры не существуют.
Источник: new-science.ru
Свет
Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380−400 нм (750−790 ТГц), а в качестве длинноволновой границы — участок 760−780 нм (385−395 ТГц) [1] .
В широком смысле, используемом вне физической оптики, светом часто называют любое оптическое излучение [2] , то есть такое электромагнитное излучение, длины волн которого лежат в диапазоне с приблизительными границами от единиц нанометров до десятых долей миллиметра [3] . В этом случае в понятие «свет» помимо видимого излучения включаются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения.
Раздел физики, в котором изучается свет, носит название оптика.
Также, особенно в теоретической физике, термин свет может иногда выступать просто синонимом термина электромагнитное излучение, независимо от его частоты, особенно когда конкретизация не важна, а хотят, например, использовать более короткое слово.
Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна, скорость распространения в вакууме которой постоянна, либо как поток фотонов — частиц, обладающих определённой энергией, импульсом, собственным моментом импульса и нулевой массой (или, как говорили ранее, нулевой массой покоя).
- 1 Характеристики света
- 2 Скорость света
- 3 Оптические свойства света
- 3.1 Преломление
- 7.1 Античные Греция и Рим
- 7.2 Корпускулярная и волновая теории света
- 7.3 Электромагнитная теория
- 7.4 Свет в специальной теории относительности
- 7.5 Квантовая теория
- 7.6 Корпускулярно-волновой дуализм
- 7.7 Квантовая электродинамика
Источник: wiki2.org