През цялата история човечеството е мислило за природата на такова явление като светлината. От древни времена до наши дни представите за него се променят и подобряват. Най-популярните хипотези са, че светлината е частица или вълна. Клонът на съвременната наука, който изучава природата и поведението на светлината, се нарича оптика.
История на развитието на идеите за светлината
Според идеите на древногръцки философи, като Аристотел, светлината са лъчите, излъчвани от човешкото око. Чрез етера, прозрачна субстанция, която запълва пространството, тези лъчи се разпространяват, позволявайки на човек да вижда предмети.
Друг философ, Платон, предполага, че слънцето е източникът на светлина на Земята.
Философът и математик Питагор вярвал, че малките частици излитат от обекти. Попадайки в човешкото око, те ни дават представа за външния вид на тези обекти.
Въпреки привидната наивност, тези хипотези положиха основата за по-нататъшно развитие на мисълта.
И така, през 17-ти век немският учен Йоханес Кеплеризразява теория, близка до идеите на Платон и Питагор. Според него светлината е частица, или по-точно, поток от частици, разпространяващ се от някакъв източник.
Корпускулярната хипотеза на Нютон
Ученият Исак Нютон изложи теория, която комбинира до известна степен противоречиви идеи за този феномен.
Според хипотезата на Нютон светлината е частица, чиято скорост на движение е много висока. Телцата се разпространяват в хомогенна среда, движейки се равномерно и праволинейно от източника на светлина. Ако потокът от тези частици навлезе в окото, тогава човекът наблюдава неговия източник.
Според учения корпускулите са били с различни размери, създавайки впечатление за различни цветове. Например, големите частици допринасят за това, че човек вижда червено. Той аргументира феномена на отражение на поток светлина чрез отскок на частици от твърда бариера.
Ученият обясни белия цвят чрез комбинация от всички цветове на спектъра. Това заключение е в основата на неговата теория за дисперсията, явление, което той открива през 1666 г.
Хипотезите на Нютон намериха голямо признание сред неговите съвременници, обяснявайки много оптични явления.
Вълнова теория на Хюйгенс
Друг учен от същото време, Кристиан Хюйгенс, не е съгласен, че светлината е частица. Той изложи вълновата хипотеза за природата на светлината.
Хюйгенс вярвал, че цялото пространство между обектите и в самите обекти е изпълнено с етер, а светлинното излъчване е импулс, вълни, разпространяващи се в този етер. Всяка част от етера, която достига до светлинатавълната става източник на така наречените вторични вълни. Експериментите върху интерференцията и дифракцията на светлината потвърдиха възможността за вълново обяснение на природата на светлината.
Теорията на Хюйгенс не е получила голямо признание по негово време, тъй като повечето учени са склонни да смятат светлината за частица. Впоследствие обаче той е възприет и усъвършенстван от много учени, като Юнг и Френел.
По-нататъшно развитие на изгледите
Въпросът какво е светлината във физиката продължи да занимава умовете на учените. През 19 век Джеймс Клерк Максуел разработва теорията, че светлинното излъчване е високочестотни електромагнитни вълни. Неговите идеи се основават на факта, че скоростта на светлината във вакуум е равна на скоростта на електромагнитните вълни.
През 1900 г. Макс Планк въвежда термина "квант" в науката, което се превежда като "порция", "малка сума". Според Планк излъчването на електромагнитни вълни не се случва непрекъснато, а на части, в кванти.
Тези идеи са разработени от Алберт Айнщайн. Той предположи, че светлината не само се излъчва, но и се абсорбира и разпространява от частици. За да ги обозначи, той използва думата "фотони" (терминът е предложен за първи път от Гилбърт Луис).
Дуалност частица-вълна
Съвременното обяснение на природата на светлината се крие в концепцията за дуалност вълна-частица. Същността на това явление е, че материята може да проявява свойствата както на вълните, така и на частиците. Светлината е пример за такава материя. Изследванията на учени, които са стигнали до привидно противоположни мнения, са потвърждение за двойната природа на светлината. Светлината е и частица, и вълна едновременно. Степента на проявление на всяко от тези свойства зависи от конкретните физически условия. В някои случаи светлината проявява свойствата на електромагнитна вълна, потвърждавайки вълновата теория за нейния произход, в други случаи светлината е поток от частици (фотони). Това дава основание да се твърди, че светлината е частица.
Светлината става първата материя в историята на физиката, която признава наличието на корпускулярно-вълнов дуализъм. По-късно това свойство е открито в редица други въпроси, например, поведението на вълните се наблюдава в молекули и нуклони.
Обобщавайки, можем да кажем, че светлината е уникален феномен, историята на развитието на идеите за който има повече от две хиляди години. Според съвременното разбиране за това явление, светлината има двойна природа, показваща свойствата както на вълните, така и на частиците.
