Na przestrzeni dziejów ludzkość myślała o naturze takiego zjawiska jak światło. Od czasów starożytnych do współczesności pomysły na ten temat zmieniały się i ulepszały. Najpopularniejsze hipotezy zwykle głosiły, że światło jest cząsteczką lub falą. Gałąź współczesnej nauki, która bada naturę i zachowanie światła, nazywa się optyką.
Historia rozwoju idei dotyczących światła
Według idei starożytnych filozofów greckich, takich jak Arystoteles, światło to promienie emanujące z ludzkiego oka. Poprzez eter, przezroczystą substancję wypełniającą przestrzeń, promienie te rozprzestrzeniają się, umożliwiając człowiekowi widzenie obiektów.
Inny filozof, Platon, zasugerował, że słońce jest źródłem światła na Ziemi.
Filozof i matematyk Pitagoras wierzył, że małe cząsteczki wylatują z obiektów. Dostając się do ludzkiego oka dają nam wyobrażenie o wyglądzie tych obiektów.
Pomimo pozornej naiwności te hipotezy położyły podwaliny pod dalszy rozwój myśli.
Tak więc w XVII wieku niemiecki naukowiec Johannes Keplerwyraził teorię zbliżoną do idei Platona i Pitagorasa. Jego zdaniem światło jest cząsteczką, a ściślej strumieniem cząsteczek rozchodzących się z jakiegoś źródła.
Hipoteza korpuskularna Newtona
Naukowiec Isaac Newton przedstawił teorię, która łączyła w pewnym stopniu sprzeczne poglądy na temat tego zjawiska.
Zgodnie z hipotezą Newtona światło jest cząsteczką o bardzo dużej prędkości ruchu. Ciałka rozchodzą się w jednorodnym ośrodku, poruszając się równomiernie i prostoliniowo od źródła światła. Jeśli przepływ tych cząstek dostanie się do oka, wówczas osoba obserwuje ich źródło.
Według naukowca ciałka miały różne rozmiary, co sprawiało wrażenie różnych kolorów. Na przykład duże cząstki przyczyniają się do tego, że dana osoba widzi kolor czerwony. Argumentował zjawisko odbijania się strumienia światła przez odbicie cząstek od stałej bariery.
Naukowiec wyjaśnił biały kolor kombinacją wszystkich kolorów widma. Ten wniosek jest podstawą jego teorii dyspersji, zjawiska, które odkrył w 1666 roku.
Hipotezy Newtona znalazły wielką akceptację wśród jego współczesnych, wyjaśniając wiele zjawisk optycznych.
Teoria fal Huygensa
Inny naukowiec tego samego czasu, Christian Huygens, nie zgodził się, że światło jest cząsteczką. Wysunął falową hipotezę natury światła.
Huygens uważał, że cała przestrzeń między obiektami iw samych obiektach jest wypełniona eterem, a promieniowanie świetlne to pulsy, fale rozchodzące się w tym eterze. Każda część eteru, która dociera do światłafala staje się źródłem tzw. fal wtórnych. Eksperymenty na interferencji i dyfrakcji światła potwierdziły możliwość falowego wyjaśnienia natury światła.
Teoria Huygensa nie spotkała się w jego czasach z dużym uznaniem, ponieważ większość naukowców uważała światło za cząsteczkę. Jednak później został przyjęty i udoskonalony przez wielu naukowców, takich jak Jung i Fresnel.
Dalszy rozwój poglądów
Pytanie, czym jest światło w fizyce, nadal zajmowało umysły naukowców. W XIX wieku James Clerk Maxwell opracował teorię, że promieniowanie świetlne to fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości. Jego pomysły opierały się na fakcie, że prędkość światła w próżni jest równa prędkości fal elektromagnetycznych.
W 1900 roku Max Planck wprowadził do nauki termin „kwant”, który tłumaczy się jako „porcja”, „mała ilość”. Według Plancka promieniowanie fal elektromagnetycznych nie występuje w sposób ciągły, lecz w porcjach, w kwantach.
Te pomysły zostały opracowane przez Alberta Einsteina. Zasugerował, że światło jest nie tylko emitowane, ale także pochłaniane i rozprowadzane przez cząstki. Do ich oznaczenia użył słowa „fotony” (termin ten został po raz pierwszy zaproponowany przez Gilberta Lewisa).
Dwoistość fal cząstek
Nowoczesne wyjaśnienie natury światła opiera się na koncepcji dualizmu falowo-cząsteczkowego. Istotą tego zjawiska jest to, że materia może wykazywać właściwości zarówno fal, jak i cząstek. Przykładem takiej materii jest światło. Potwierdzeniem dwoistej natury światła są badania naukowców, którzy doszli do pozornie przeciwstawnych opinii. Światło jest jednocześnie cząstką i falą. Stopień manifestacji każdej z tych właściwości zależy od konkretnych warunków fizycznych. W niektórych przypadkach światło wykazuje właściwości fali elektromagnetycznej, potwierdzając falową teorię swojego pochodzenia, w innych przypadkach światło jest strumieniem cząstek (fotonów). Daje to podstawy do stwierdzenia, że światło jest cząstką.
Światło stało się pierwszą materią w historii fizyki, która rozpoznała istnienie dualizmu korpuskularno-falowego. Później tę właściwość odkryto w wielu innych kwestiach, na przykład obserwuje się zachowanie fal w molekułach i nukleonach.
Reasumując, można powiedzieć, że światło jest zjawiskiem wyjątkowym, którego historia rozwoju idei ma ponad dwa tysiące lat. Zgodnie ze współczesnym rozumieniem tego zjawiska, światło ma dwoistą naturę, wykazując właściwości zarówno fal, jak i cząstek.
