οπτική ακτινοβολία(ή φως με την ευρεία έννοια της λέξης) είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα μήκη των οποίων είναι στην περιοχή από 10 -11 έως 10 -2 m (από μονάδες έως δέκατα του mm) ή το εύρος συχνοτήτων των οποίων είναι περίπου ίσο έως 3 * 10 11 ... 3 * 10 17 Hz.

Όπως για κάθε άλλη ακτινοβολία, υπάρχει πηγή οπτικής ακτινοβολίαςκαι δέκτης οπτικής ακτινοβολίας. Ο δέκτης της οπτικής ακτινοβολίας μπορεί να είναι, για παράδειγμα, το ανθρώπινο μάτι. Το ανθρώπινο μάτι είναι σε θέση να αντιληφθεί οπτική ακτινοβολία με μήκος κύματος από 400 έως 760 nm. το ορατή ακτινοβολία. Εκτός από την ορατή ακτινοβολία, η οπτική ακτινοβολία περιλαμβάνει επίσης υπέρυθρη ακτινοβολία(με μήκος κύματος από 0,75 έως 2000 μm) και υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ(με μήκος κύματος από 10 έως 400 nm). Τα κύματα φωτός μελετώνται χρησιμοποιώντας οπτικές μεθόδους που έχουν αναπτυχθεί ιστορικά στην ανάλυση των νόμων του ορατού φωτός.

Τον 17ο αιώνα έγιναν οι πρώτες επιστημονικές υποθέσεις για τη φύση του φωτός. Το φως έχει ενέργεια και τη μεταφέρει στο διάστημα. Είτε σώματα είτε κύματα μπορούν να μεταφέρουν ενέργεια, έτσι έχουν προταθεί δύο θεωρίες για τη φύση του φωτός.

Σωματώδης θεωρία του φωτός(από το λατινικό corpusculum - σωματίδιο) προτάθηκε το 1672 από τον Άγγλο επιστήμονα Ισαάκ Νεύτωνα (1643 - 1727). Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, το φως είναι ένα ρεύμα σωματιδίων που εκπέμπει προς όλες τις κατευθύνσεις Πηγή φωτός. Με τη βοήθεια αυτής της θεωρίας, εξηγήθηκαν τέτοια οπτικά φαινόμενα όπως, για παράδειγμα, διαφορετικά χρώματα ακτινοβολίας.

Ο Ολλανδός επιστήμονας Christian Huygens (1629 - 1695) δημιούργησε επίσης τον 17ο αιώνα κυματική θεωρία του φωτός, σύμφωνα με την οποία το φως έχει κυματική φύση. Αυτή η θεωρία εξηγεί πράγματα όπως παρέμβαση, διάθλαση φωτόςκαι τα λοιπά.

Και οι δύο αυτές θεωρίες υπήρχαν παράλληλα για μεγάλο χρονικό διάστημα, αφού καμία από τις δύο ξεχωριστά δεν μπορούσε να εξηγήσει πλήρως όλα τα οπτικά φαινόμενα. Στις αρχές του 19ου αιώνα, μετά τις μελέτες του Γάλλου φυσικού Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827), του Άγγλου φυσικού Robert Hooke (1635 - 1703) και άλλων επιστημόνων, κατέστη σαφές ότι η κυματική θεωρία του φωτός έχει ένα πλεονέκτημα πάνω από το σωματιδιακό. Το 1801, ο Άγγλος φυσικός Thomas Young (1773 - 1829) διατύπωσε την αρχή της παρεμβολής (η αύξηση ή μείωση του φωτισμού όταν τα κύματα φωτός υπερτίθενται το ένα πάνω στο άλλο), η οποία του επέτρεψε να εξηγήσει τα χρώματα των λεπτών μεμβρανών. Ο Fresnel εξήγησε τι είναι η περίθλαση του φωτός (φωτός που κάμπτεται γύρω από τα εμπόδια) και η ευθύτητα της διάδοσης του φωτός.

Ωστόσο, η κυματική θεωρία του φωτός είχε ένα σημαντικό μειονέκτημα. Υπέθεσε ότι η φωτεινή ακτινοβολία είναι εγκάρσια μηχανικά κύματα, το οποίο μπορεί να συμβεί μόνο σε ελαστικό μέσο. Ως εκ τούτου, δημιουργήθηκε μια υπόθεση για τον αόρατο κόσμο αιθέρα, ο οποίος είναι ένα υποθετικό μέσο που γεμίζει ολόκληρο το Σύμπαν (όλο το διάστημα μεταξύ σωμάτων και μορίων). Ο παγκόσμιος αιθέρας θα έπρεπε να είχε μια σειρά από αντιφατικές ιδιότητες: θα έπρεπε να έχει ελαστικές ιδιότητες στερεάκαι να είναι ταυτόχρονα χωρίς βάρος. Αυτές οι δυσκολίες επιλύθηκαν στο 2ο μισό του 19ου αιώνα με τη συνεπή ανάπτυξη των διδασκαλιών του Άγγλου φυσικού James Clerk Maxwell (1831 - 1879) σχετικά με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Ο Maxwell κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το φως είναι μια ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Ωστόσο, στις αρχές του 20ου αιώνα, ασυνεχής, ή κβαντική ιδιότητες του φωτός. Αυτές οι ιδιότητες εξηγήθηκαν από τη σωματιδιακή θεωρία. Έτσι, το φως έχει δυαδισμό σωματικού κύματος (δυαδικότητα ιδιοτήτων). Στη διαδικασία διάδοσης, το φως εμφανίζει κυματικές ιδιότητες (δηλαδή συμπεριφέρεται σαν κύμα) και κατά την ακτινοβολία και την απορρόφηση παρουσιάζει σωματικές ιδιότητες (δηλαδή συμπεριφέρεται σαν ρεύμα σωματιδίων).

Οι νόμοι της διάδοσης του φωτός σε διαφανή μέσα που βασίζονται στις έννοιες της δέσμης φωτός εξετάζονται στο τμήμα της οπτικής που ονομάζεται. Εννοείται ότι εκατό δέσμη φωτός είναι μια γραμμή κατά μήκος της οποίας διαδίδεται η ενέργεια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων φωτός.

Ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός

Στην πράξη, το φως διαδίδεται σε ευθεία γραμμή μέσα σε έναν περιορισμένο κώνο, ο οποίος είναι μια δέσμη φωτός. Η διάμετρος αυτής της δέσμης φωτός υπερβαίνει το μήκος κύματος του φωτός.

Αν ένα δείκτη διάθλασηςπεριβάλλον είναι το ίδιο παντού, τότε ένα τέτοιο περιβάλλον ονομάζεται οπτικά ομοιογενές μέσο.

Σε ένα διαφανές ομοιογενές μέσο, ​​το φως διαδίδεται ευθύγραμμα. Αυτό είναι τι νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός.

Η ευθύτητα της διάδοσης του φωτός επιβεβαιώνεται από πολλά φαινόμενα, για παράδειγμα, την εμφάνιση μιας σκιάς από αδιαφανή σώματα. Εάν το S είναι μια πολύ μικρή πηγή φωτός και το M είναι ένα αδιαφανές σώμα που εμποδίζει τη διαδρομή του φωτός S που πέφτει πάνω του, τότε σχηματίζεται ένας κώνος σκιάς πίσω από το σώμα M. Το φως που προέρχεται από την πηγή καθυστερεί από το σώμα Μ και στην οθόνη, που είναι τοποθετημένη σε ορθή γωνία προς τον άξονα του κώνου, προκύπτει μια καλά καθορισμένη σκιά του σώματος Μ (βλ. Εικ. 1.1).

Ρύζι. 1.1. Ευθύτητα διάδοσης του φωτός.

Πηγές φωτός μεγάλα μεγέθη(σε σύγκριση με την απόσταση από τις φωτεινές πηγές έως το εμπόδιο) σχηματίζουν μια μισογύνη. Ο σχηματισμός μισοφέγγαρου μπορεί να εξεταστεί χρησιμοποιώντας δύο μικρές πηγές, οι οποίες βρίσκονται σε απόσταση μεταξύ τους ίση με το μέγεθος μιας μεγάλης πηγής φωτός. Στο σχ. Το 1.2 δείχνει ένα τμήμα κώνων σκιάς που σχηματίζονται από το φως πίσω από το σώμα M. Μια ολική σκιά σχηματίζεται πίσω από το αδιαφανές σώμα M στην περιοχή όπου δεν πέφτει φως από οποιαδήποτε πηγή φωτός.

Ημίφως(μερικώς φωτισμένος χώρος) σχηματίζεται στην περιοχή όπου οι ακτίνες περνούν από μία μόνο από τις πηγές φωτός. Για παράδειγμα, σε μια περιοχή όπου οι ακτίνες μόνο της πηγής S1 περνούν και η άλλη πηγή φωτός S2 καλύπτεται από το σώμα M. Εάν η φωτεινή πηγή είναι μεγάλη, τότε κάθε σημείο της μπορεί να θεωρηθεί ως σημειακή πηγή φωτός . Σε αυτή την περίπτωση, θα προστεθεί ακτινοβολία από μεμονωμένα μέρη της επιφάνειας ακτινοβολίας. Σχηματίζονται επίσης περιοχές σκιάς και μισοφέγγαρου.

Ρύζι. 1.2. Penumbra που σχηματίζεται από μια μεγάλη πηγή φωτός.

Ο σχηματισμός μιας σκιάς όταν οι ακτίνες από μια πηγή φωτός πέφτουν σε ένα αδιαφανές αντικείμενο εξηγεί φαινόμενα όπως ηλιακές και σεληνιακές εκλείψεις.

Ένα τέτοιο ακίνητο όπως ευθύτητα διάδοσης του φωτός, χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό αποστάσεων στη στεριά, στη θάλασσα και στον αέρα, καθώς και στην παραγωγή κατά την παρακολούθηση της ευθύτητας προϊόντων και εργαλείων από τη γραμμή όρασης.

Η ευθύτητα της διάδοσης του φωτός εξηγεί τη δυνατότητα λήψης εικόνων χρησιμοποιώντας ένα μικρό διάφραγμα. Η απλούστερη συσκευή που σας επιτρέπει να παρατηρήσετε την ανεστραμμένη εικόνα των αντικειμένων ονομάζεται κάμερα με τρύπακαι είναι ένα κουτί με μια μικρή τρύπα στον μπροστινό τοίχο. Μια δέσμη φωτός που διαδίδεται σε ευθεία γραμμή χτυπά το πίσω τοίχωμα της κάμερας obscura, όπου εμφανίζεται ένα φωτεινό σημείο με την κατάλληλη ένταση. Το σύνολο των φωτεινών κηλίδων από όλα τα σημεία ενός αντικειμένου δημιουργεί μια εικόνα αυτού του αντικειμένου στο πίσω τοίχωμα της κάμερας obscura.

Επανάληψη της ύλης που μελετήθηκε.

Τι είναι η οπτική;

Τι είναι η γεωμετρική οπτική;

Δώστε παραδείγματα φυσικών και τεχνητών πηγών φωτός.

Τι είναι μια δοκός;

Ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός.

Τι είναι η σκιά;

Τι είναι η μισοφέγγαρα;

Ο νόμος της αντανάκλασης του φωτός.

Εκμάθηση νέου υλικού.

Ανάπτυξη οπτικών και τεχνική πρόοδο. Δημιουργία οπτικών συσκευών.

Η ζωή στη Γη προέκυψε και υπάρχει χάρη στο ηλιακό φως. Χάρη σε αυτόν, αντιλαμβανόμαστε και γνωρίζουμε ο κόσμος. Οι ακτίνες φωτός μας πληροφορούν για τη θέση των κοντινών και μακρινών αντικειμένων, για το σχήμα και το χρώμα τους. Το φως, που ενισχύεται από οπτικά όργανα, αποκαλύπτει στον άνθρωπο δύο κόσμους πολικής κλίμακας: τον κοσμικό κόσμο με τις τεράστιες εκτάσεις του και τον μικροσκοπικό κόσμο, που κατοικείται από τους μικρότερους οργανισμούς που δεν διακρίνονται με γυμνό μάτι.

Τα θεμέλια της οπτικής τέθηκαν στην αρχαιότητα. Το λιώσιμο του διαφανούς γυαλιού ήταν γνωστό στους αρχαίους Αιγύπτιους και τους κατοίκους της Μεσοποταμίας για 1600 χρόνια π.Χ., και στην αρχαία Ρώμη τα πιάτα και τα κοσμήματα κατασκευάζονταν από γυαλί με υψηλή τελειότητα. Τον XIII αιώνα, η ανθρωπότητα έλαβε τα πρώτα οπτικά όργανα - γυαλιά και μεγεθυντικούς φακούς. Πολύ αργότερα, στις αρχές του 17ου αιώνα, εφευρέθηκαν το τηλεσκόπιο και το μικροσκόπιο.

Το 1609, ο Ιταλός επιστήμονας Γαλιλαίος εφηύρε έναν κατασκοπευτικό φακό με αρνητικό φακό ως προσοφθάλμιο φακό και τον χρησιμοποίησε εκτενώς για παρατηρήσεις. Τα γυαλιά και τα σκίαστρα εμφανίστηκαν στη Ρωσία στις αρχές του 17ου αιώνα.

Η δημιουργία της θεωρίας των οπτικών οργάνων ξεκίνησε στα τέλη του 17ου αιώνα χάρη στα έργα εξαιρετικών επιστημόνων: R. Descartes, P. Fermat, I. Newton, K. Gauss κ.α. Μεγάλη συνεισφορά στην ανάπτυξη της παγκόσμιας επιστήμης και τεχνολογίας στον τομέα της οπτικής είχαν οι Ρώσοι επιστήμονες M. V. Lomonosov, L. Euler, V. N. Chikolev, μηχανικοί I. P. Kulibin, O. N. Malofeev.

Στη Ρωσία, υπό τον Peter 1, η οπτική αναπτύχθηκε περαιτέρω. Το 1725 οργανώθηκε το Τμήμα Οπτικής και ένα εργαστήριο οπτικών στην Ακαδημία Επιστημών. Ένας από τους επικεφαλής του τμήματος οπτικής ήταν ο L. Euler, ο οποίος έγραψε το βιβλίο "Dioptric", όπου περιέγραψε τα θεμέλια της γεωμετρικής οπτικής.

Ο M. V. Lomonosov ήταν ο πρώτος Ρώσος επιστήμονας που χρησιμοποίησε μικροσκόπιο για επιστημονική έρευνα, δημιούργησε ολόκληρη γραμμήριζικά νέα οπτικά όργανα, ανέπτυξαν μεθόδους για την κατασκευή έγχρωμου γυαλιού, χρωματιστά μωσαϊκά. Το έργο των εξαιρετικών Ρώσων M.V. Lomonosov και L. Euler τον 18ο αιώνα έθεσε τα κύρια θεμέλια για την ανάπτυξη της οπτικής παραγωγής στη Ρωσία. Μετά την επανάσταση του 1917, το Κρατικό Οπτικό Ινστιτούτο οργανώθηκε στην Πετρούπολη το 1918, με επικεφαλής τον ακαδημαϊκό D.S. Rozhdestvensky. Το GOI ήταν το κέντρο που καθόρισε την επιστημονική πολιτική στον τομέα της δημιουργίας μιας εγχώριας οπτικομηχανολογικής βιομηχανίας. Στους GOI εργάστηκαν εξαιρετικοί επιστήμονες: S.I. Vavilov, A.A. Lebedev, I.V. Grebenshchikov, N. Kachalov και άλλοι.

Στα μεταπολεμικά χρόνια, η οπτική μας βιομηχανία κατέκτησε με επιτυχία την παραγωγή μοναδικών οργάνων υψηλής ακρίβειας, ηλεκτρονικών μικροσκοπίων, συμβολομέτρων, οργάνων για διαστημική έρευνα.

Με βάση τα φαινόμενα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, που ανακάλυψε ο Ρώσος επιστήμονας A.G. Stoletov, αναπτύσσεται με επιτυχία το φωτοηλεκτρικό πεδίο της οπτικής, το οποίο έχει βρει εφαρμογή στον αυτοματισμό, την τηλεόραση και τον έλεγχο διαστημικών σκαφών.

Ανάμεσα στα σημαντικότερα επιτεύγματα της οικιακής οπτικής είναι τα έργα του καθηγητή M. M. Rusinov. Οι ευρυγώνιοι αεροφακοί που δημιούργησε έφεραν τη σοβιετική αεροφωτογραφία σε ηγετική θέση στον κόσμο.

Η δημιουργία εξοπλισμού για τη φωτογράφηση της μακρινής πλευράς της Σελήνης, αόρατη από τη Γη, ήταν η αρχή για την ανάπτυξη μιας νέας κατεύθυνσης στα οπτικά όργανα - διαστημικά-οπτικά όργανα.

Οι σπουδές των σοβιετικών φυσικών N.G. Basov και A.M. Prokhorov στα μέσα της δεκαετίας του 1950 έγιναν ο κόκκος από τον οποίο αναπτύχθηκε ένα νέο πεδίο της επιστήμης - η κβαντική ηλεκτρονική. Το 1971 ο Denis Gabor έλαβε βραβείο Νόμπελγια την ανακάλυψη της ολογραφίας.

Το 1930 στη Γερμανία, ο Lamm μετέδιδε όχι μόνο φως, αλλά και μια εικόνα μέσω οπτικών ινών. Αλλά η τεχνολογία για την κατασκευή ινών γυαλιού ήταν πολύ περίπλοκη, έτσι οι ιδέες του Lamm παρέμειναν ξεχασμένες για πολλά χρόνια.

Η σύγχρονη επιστήμη έχει ανυψώσει τις οπτικές ίνες στην κορυφή ενός κύματος.

Η ιστορία της ανάπτυξης απόψεων για τη φύση του φωτός

Οι πρώτες ιδέες για τη φύση του φωτός τέθηκαν στην αρχαιότητα. Ο Έλληνας φιλόσοφος Πλάτων (427-327 π.Χ.) δημιούργησε μια από τις πρώτες θεωρίες του φωτός.

Ο Ευκλείδης και ο Αριστοτέλης (300-250 π.Χ.) καθιέρωσαν εμπειρικά τέτοιους βασικούς νόμους των οπτικών φαινομένων όπως η ευθύγραμμη διάδοση του φωτός και η ανεξαρτησία των φωτεινών δεσμών, η ανάκλαση και η διάθλαση. Ο Αριστοτέλης εξήγησε πρώτος την ουσία της όρασης.

Παρά το γεγονός ότι οι θεωρητικές θέσεις των αρχαίων φιλοσόφων και αργότερα των επιστημόνων του Μεσαίωνα ήταν ανεπαρκείς και αντιφατικές, συνέβαλαν στη διαμόρφωση ορθών απόψεων για την ουσία των φωτεινών φαινομένων και έθεσαν τα θεμέλια για την περαιτέρω ανάπτυξη του θεωρία του φωτός και τη δημιουργία διαφόρων οπτικών οργάνων. Με τη συσσώρευση νέων ερευνών για τις ιδιότητες των φαινομένων φωτός, η άποψη για τη φύση του φωτός έχει αλλάξει. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ιστορία της μελέτης της φύσης του φωτός πρέπει να ξεκινήσει από τον 17ο αιώνα.

Τον 17ο αιώνα, ο Δανός αστρονόμος Remer (1644–1710) μέτρησε την ταχύτητα διάδοσης του φωτός, ο Ιταλός φυσικός Grimaldi (1618–1663) ανακάλυψε το φαινόμενο της περίθλασης, ο λαμπρός Άγγλος επιστήμονας I. Newton (1642–1727) ανέπτυξε το Η σωματιδιακή θεωρία του φωτός, ανακάλυψε τα φαινόμενα της διασποράς και της παρεμβολής, ο E. Bartholin (1625–1698) ανακάλυψε τη διπλή διάθλαση στο ισλανδικό spar, θέτοντας έτσι τα θεμέλια της κρυσταλλικής οπτικής. Ο Huygens (1629-1695) έθεσε τα θεμέλια για την κυματική θεωρία του φωτός.

Τον 17ο αιώνα έγιναν οι πρώτες προσπάθειες να τεκμηριωθούν θεωρητικά τα παρατηρούμενα φωτεινά φαινόμενα. Η σωματιδιακή θεωρία του φωτός, που αναπτύχθηκε από τον Newton, είναι ότι η ακτινοβολία φωτός θεωρείται ως ένα συνεχές ρεύμα μικροσκοπικών σωματιδίων - σωματιδίων, τα οποία εκπέμπονται από μια πηγή φωτός και πετούν με υψηλή ταχύτητα σε ένα ομοιογενές μέσο σε ευθεία γραμμή και ομοιόμορφα.

Από την άποψη της κυματικής θεωρίας του φωτός, ιδρυτής της οποίας είναι ο H. Huygens, η φωτεινή ακτινοβολία είναι μια κυματική κίνηση. Ο Huygens θεωρούσε τα κύματα φωτός ως ελαστικά κύματα υψηλής συχνότητας που διαδίδονται σε ένα ειδικό ελαστικό και πυκνό μέσο - τον αιθέρα, που γεμίζει όλα τα υλικά σώματα, τα κενά μεταξύ τους και τους διαπλανητικούς χώρους.

Η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του φωτός δημιουργήθηκε το μέσα του δέκατου ένατουαιώνα από τον Maxwell (1831–1879). Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, τα κύματα φωτός έχουν ηλεκτρομαγνητική φύση και η φωτεινή ακτινοβολία μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων. Η έρευνα του Hertz και αργότερα του P.N. Lebedev επιβεβαίωσε επίσης ότι όλες οι βασικές ιδιότητες των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων συμπίπτουν με τις ιδιότητες των κυμάτων φωτός.

Ο Lorentz (1896) καθιέρωσε τη σχέση μεταξύ της ακτινοβολίας και της δομής της ύλης και ανέπτυξε την ηλεκτρονική θεωρία του φωτός, σύμφωνα με την οποία τα ηλεκτρόνια που αποτελούν τα άτομα μπορούν να ταλαντώνονται με μια γνωστή περίοδο και, υπό ορισμένες συνθήκες, να απορροφούν ή να εκπέμπουν φως.

Η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του Maxwell, σε συνδυασμό με την ηλεκτρονική θεωρία του Lawrence, εξήγησε όλα τα τότε γνωστά οπτικά φαινόμενα και φαινόταν να αποκαλύπτει πλήρως το πρόβλημα της φύσης του φωτός.

Οι εκπομπές φωτός θεωρήθηκαν ως περιοδικές ταλαντώσεις ηλεκτρικών και μαγνητικών δυνάμεων που διαδίδονται στο διάστημα με ταχύτητα 300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Ο Λόρενς πίστευε ότι ο φορέας αυτών των δονήσεων, ο ηλεκτρομαγνητικός αιθέρας, έχει τις ιδιότητες της απόλυτης ακινησίας. Ωστόσο, η ηλεκτρομαγνητική θεωρία που δημιουργήθηκε σύντομα αποδείχθηκε αβάσιμη. Πρώτα απ 'όλα, αυτή η θεωρία δεν έλαβε υπόψη τις ιδιότητες του πραγματικού μέσου στο οποίο διαδίδονται οι ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις. Επιπλέον, αυτή η θεωρία δεν μπορούσε να εξηγήσει μια σειρά από οπτικά φαινόμενα που αντιμετώπισε η φυσική στις αρχές του 19ου και του 20ού αιώνα. Τέτοια φαινόμενα περιλαμβάνουν τις διαδικασίες εκπομπής και απορρόφησης φωτός, την ακτινοβολία μαύρου σώματος, το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο και άλλα.

Η κβαντική θεωρία του φωτός προέκυψε στις αρχές του 20ου αιώνα. Διατυπώθηκε το 1900 και τεκμηριώθηκε το 1905. Οι ιδρυτές της κβαντικής θεωρίας του φωτός είναι ο Πλανκ και ο Αϊνστάιν. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, η ακτινοβολία φωτός εκπέμπεται και απορροφάται από σωματίδια ύλης όχι συνεχώς, αλλά διακριτά, δηλαδή σε ξεχωριστά τμήματα - κβάντα φωτός.

Η κβαντική θεωρία, όπως ήταν, με μια νέα μορφή αναβίωσε τη σωματική θεωρία του φωτός, αλλά στην ουσία ήταν η ανάπτυξη της ενότητας του κύματος και των σωματικών φαινομένων.

Ως αποτέλεσμα της ιστορικής εξέλιξης, η σύγχρονη οπτική έχει μια καλά θεμελιωμένη θεωρία των φαινομένων φωτός, η οποία μπορεί να εξηγήσει τις διάφορες ιδιότητες της ακτινοβολίας και μας επιτρέπει να απαντήσουμε στο ερώτημα υπό ποιες συνθήκες μπορούν να εκδηλωθούν ορισμένες ιδιότητες της ακτινοβολίας φωτός. Σύγχρονη θεωρίαΤο φως επιβεβαιώνει τη διπλή του φύση: κυματική και σωματιδιακή.

ταχύτητα του φωτός

Ενας από ιδιαίτερα χαρακτηριστικάη φυσική είναι η ποσοτική φύση των νόμων της. Πολλές αναλογίες που εκφράζουν τους νόμους της φυσικής περιλαμβάνουν ορισμένες σταθερές - τις λεγόμενες φυσικές σταθερές. Αυτή, για παράδειγμα, είναι η σταθερά βαρύτητας στο νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, η ειδική θερμοχωρητικότητα στην εξίσωση του ισοζυγίου θερμότητας, η ταχύτητα του φωτός στο νόμο του Αϊνστάιν, ο οποίος συσχετίζει τη μάζα ενός σώματος και τη συνολική του ενέργεια. Πολλές φυσικές σταθερές ονομάζονται έτσι μάλλον υπό όρους. Πράγματι, αντί για νερό θερμαίνεται αλκοόλη και στις αντίστοιχες εξισώσεις είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί διαφορετική τιμή θερμοχωρητικότητας. Τέτοιες «σχετικές» σταθερές είναι ο συντελεστής τριβής, η ειδική αντίσταση, η πυκνότητα και ούτω καθεξής. Υπάρχουν όμως και σταθερές που δεν αλλάζουν την τιμή τους. Η σταθερά της βαρύτητας δεν εξαρτάται από το αν τα αλληλεπιδρώντα σώματα είναι κατασκευασμένα από μόλυβδο ή χάλυβα. Τα ηλεκτρόνια του χαλκού και του χρυσού έχουν το ίδιο φορτίο. Εξίσου καθολικό και μόνιμο Μεείναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό.

Λόγω της καθολικότητας τους, τέτοιες σταθερές ονομάζονται κόσμος ή θεμελιώδεις σταθερές. Οι τιμές των θεμελιωδών σταθερών καθορίζουν τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά ολόκληρου του φυσικού κόσμου - από τα στοιχειώδη σωματίδια έως τα μεγαλύτερα αστρονομικά αντικείμενα.

Το ότι ανήκει η ταχύτητα του φωτός σε μια πολύ μικρή ομάδα παγκόσμιων σταθερών εξηγεί το ενδιαφέρον για αυτή την ποσότητα. Ωστόσο, πρέπει να ομολογήσουμε ότι ακόμη και σε αυτό το γκρουπ κατέχει μια εξαιρετική θέση. Η ταχύτητα του φωτός συνδέεται με φυσικούς νόμους που σχετίζονται με τους πιο φαινομενικά απομακρυσμένους κλάδους της φυσικής. Συνεχής Μεπεριλαμβάνεται στους μετασχηματισμούς Lorentz στην ειδική θεωρία της σχετικότητας, συσχετίζει τις ηλεκτρικές και μαγνητικές σταθερές. Φόρμουλα Αϊνστάιν E \u003d mc 2σας επιτρέπει να υπολογίσετε την ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τους πυρηνικούς μετασχηματισμούς. Και παντού συναντάμε την ταχύτητα του φωτός.

Τέτοια επικράτηση της σταθεράς Μεχρησιμεύει για τη σύγχρονη φυσική ως μια ζωντανή εκδήλωση της ενότητας του φυσικού κόσμου και της ορθότητας της διαδρομής κατά την οποία αναπτύσσεται η επιστήμη της φύσης.

Η κατανόηση αυτής της ενότητας δεν πέρασε αμέσως. Έχουν περάσει περισσότερα από 300 χρόνια από τον πρώτο προσδιορισμό της ταχύτητας του φωτός. Σταδιακά σταθερό Μεαποκάλυψε τα μυστικά του στους επιστήμονες. Μερικές φορές πίσω από τις μετρήσεις αυτής της ποσότητας υπήρχαν χρόνια σκόπιμων αναζητήσεων, εργασίας για τη βελτίωση των μεθόδων μέτρησης και των επιστημονικών οργάνων. Μερικές φορές η ταχύτητα του φωτός εμφανιζόταν σε πειράματα απροσδόκητα, θέτοντας ερωτήματα στους επιστήμονες που άγγιξαν τα ίδια τα βάθη της φυσικής επιστήμης. Η μέτρηση του σταθερού διέψευσε και επιβεβαίωσε φυσικές θεωρίες και συνέβαλε στην πρόοδο της τεχνολογίας.

Υπάρχουν άμεσες και έμμεσες μέθοδοι μέτρησης της ταχύτητας του φωτός. Οι άμεσες μέθοδοι περιλαμβάνουν τα πειράματα των O. Remer, A. Fizeau, L. Foucault, A. Michelson. Οι έμμεσες μέθοδοι περιλαμβάνουν τα πειράματα των D. Bradley, F. Kohlrausch, W. Weber.

Η άμεση μέθοδος βασίζεται στη μέτρηση της διαδρομής που διανύει το φως και του χρόνου που χρειάζεται για να διανύσει αυτή τη διαδρομή. c=l/t. Το 1676, ο Roemer παρατήρησε την έκλειψη του φεγγαριού του Δία Io. Ο δορυφόρος πέρασε μπροστά από τον πλανήτη, και στη συνέχεια βυθίστηκε στη σκιά του και εξαφανίστηκε από το οπτικό πεδίο. Μετά από 42 ώρες και 28 λεπτά εμφανίστηκε ξανά η Ιώ. Ο Ρόμερ έκανε μετρήσεις όταν η Γη ήταν πιο κοντά στον Δία. Όταν επανέλαβε τις παρατηρήσεις λίγους μήνες αργότερα, αποδείχθηκε ότι ο δορυφόρος εμφανίστηκε από τις σκιές 22 λεπτά αργότερα. Ο επιστήμονας εξήγησε ότι χρειάζονται 22 λεπτά για να ταξιδέψει το φως από ένα προηγούμενο σημείο παρατήρησης στο τρέχον σημείο. Γνωρίζοντας τον χρόνο καθυστέρησης και την απόσταση από την οποία προκαλείται, μπορεί κανείς να προσδιορίσει την ταχύτητα του φωτός. Λόγω της ανακρίβειας των μετρήσεων και της ανακριβούς τιμής της ακτίνας της Γης, ο Roemer έλαβε την τιμή της ταχύτητας του φωτός ίση με 215.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.

Σε εργαστηριακές συνθήκες, η ταχύτητα του φωτός μετρήθηκε για πρώτη φορά το 1849 από τον Γάλλο φυσικό Fizeau. Στο πείραμά του, το φως από την πηγή, περνώντας μέσα από τον φακό, έπεσε σε μια ημιδιαφανή γυάλινη πλάκα. Αντανακλά από την πλάκα, μια στενή δέσμη κατευθύνθηκε στην περιφέρεια του ταχέως περιστρεφόμενου τροχού. Περνώντας ανάμεσα στα δόντια, το φως έφτασε στον καθρέφτη, που βρίσκεται σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων από τον τροχό. Το φως που αντανακλάται από τον καθρέφτη πέρασε ανάμεσα στα δόντια του τροχού και μετά έπεσε στο μάτι του παρατηρητή. Όταν η ταχύτητα περιστροφής ήταν χαμηλή, το φως που αντανακλάται από τον καθρέφτη ήταν ορατό και καθώς αυξανόταν η ταχύτητα περιστροφής, εξαφανιζόταν. Με περαιτέρω αύξηση της ταχύτητας περιστροφής, το φως έγινε ξανά ορατό. Δηλαδή, κατά τη διάρκεια της διάδοσης του φωτός στον καθρέφτη και στην πλάτη, ο τροχός είχε χρόνο να στρίψει τόσο πολύ που μια νέα σχισμή σηκώθηκε στη θέση της προηγούμενης υποδοχής. Γνωρίζοντας αυτόν τον χρόνο και την απόσταση μεταξύ του τροχού και του καθρέφτη, μπορείτε να προσδιορίσετε την ταχύτητα του φωτός. Στο πείραμα του Fizeau, η απόσταση ήταν 8,6 χιλιόμετρα και η ταχύτητα του φωτός αποδείχθηκε ότι ήταν 313.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο.

Η έμμεση μέθοδος μέτρησης της ταχύτητας του φωτός βασίζεται στην ιδέα του φωτός ως ηλεκτρομαγνητικού κύματος και η ταχύτητά του βρίσκεται πολλαπλασιάζοντας το μήκος κύματος με τη συχνότητα των ταλαντώσεων του κύματος.

Αναπτύσσοντας τη θεωρία ηλεκτροδυναμικής του Ampere, το 1846 οι Weber και Kalrausch έλαβαν την τιμή της ταχύτητας του φωτός των 310.000 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο, αλλά δεν μπορούσαν να εξηγήσουν το αποτέλεσμα, καθώς δεν υπήρχε σαφής κατανόηση του μηχανισμού μεταφοράς της αλληλεπίδρασης ηλεκτρικών φορτίων. Τυπικά, η θεωρία του Weber για τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις μεγάλης εμβέλειας δεν συνάντησε καμία σοβαρή αντίθεση, αλλά οι ιδέες της δράσης μικρής εμβέλειας είχαν ήδη ωριμάσει, η πιο σημαντική συνέπεια της οποίας είναι το πεπερασμένο της ταχύτητας διάδοσης των αλληλεπιδράσεων.

Η σύγχρονη φυσική υποστηρίζει αποφασιστικά ότι η ιστορία της ταχύτητας του φωτός δεν έχει τελειώσει. Απόδειξη αυτού είναι η εργασία για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός, που έγινε τα τελευταία χρόνια.

Μια απότομη αύξηση στην ακρίβεια της μέτρησης της ταχύτητας των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σημειώθηκε μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο. Έρευνες που έγιναν για στρατιωτικούς σκοπούς, εκτός από την απειλή για την ύπαρξη της ανθρωπότητας, έφεραν πολλά σημαντικά, καθαρά επιστημονικά αποτελέσματα. Ένα από αυτά είναι η ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροκυμάτων. Δημιουργήθηκαν γεννήτριες και δέκτες ακτινοβολίας, που λειτουργούν στο εύρος μήκους κύματος από 1 μέτρο έως αρκετά χιλιοστά. Στο εύρος των μικροκυμάτων, ήταν δυνατό να πραγματοποιηθούν πολύ ακριβείς και, κυρίως, ανεξάρτητες μετρήσεις της συχνότητας της ακτινοβολίας και του μήκους κύματός της. Αυτή η μέθοδος προσδιορισμού της ταχύτητας του φωτός είναι πολύ βολική, καθώς τα μήκη κύματος της τάξης του ενός εκατοστού μπορούν να προσδιοριστούν με πολύ υψηλή ακρίβεια.

Φυσικά, δεν πρέπει να σκεφτεί κανείς ότι για να μετρήσει την ποσότητα Μεη χρήση της νέας τεχνικής ήταν πολύ απλή. Κάθε επιστήμονας που εργάζεται σε αυτόν τον τομέα έθεσε στον εαυτό του το μέγιστο καθήκον: να κάνει εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις του μήκους κύματος και της συχνότητας προκειμένου να αποκτήσει την πιο ακριβή τιμή της ταχύτητας του φωτός και η εργασία στο όριο ακρίβειας είναι πάντα δύσκολη.

Ένα ορισμένο αποτέλεσμα της μέτρησης της ταχύτητας του φωτός στην περιοχή των μικροκυμάτων ήταν το έργο του Αμερικανού επιστήμονα K. Frum, τα αποτελέσματα του οποίου δημοσιεύθηκαν το 1958. Ο επιστήμονας πήρε το αποτέλεσμα των 299792,50 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, αυτή η τιμή θεωρήθηκε η πιο ακριβής.

Προκειμένου να βελτιωθεί η ακρίβεια στον προσδιορισμό της ταχύτητας του φωτός, ήταν απαραίτητο να δημιουργηθούν θεμελιωδώς νέες μέθοδοι που θα επέτρεπαν μετρήσεις στην περιοχή των υψηλών συχνοτήτων και, κατά συνέπεια, των μικρότερων μηκών κύματος. Η δυνατότητα ανάπτυξης τέτοιων μεθόδων εμφανίστηκε μετά τη δημιουργία οπτικών κβαντικών γεννητριών - λέιζερ. Η ακρίβεια του προσδιορισμού της ταχύτητας του φωτός έχει αυξηθεί σε σχέση με τα πειράματα του Frum σχεδόν 100 φορές. Η μέθοδος προσδιορισμού των συχνοτήτων χρησιμοποιώντας ακτινοβολία λέιζερ δίνει την τιμή της ταχύτητας του φωτός ίση με 299792,462 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο.

Οι φυσικοί συνεχίζουν να διερευνούν το ζήτημα της σταθερότητας της ταχύτητας του φωτός στο χρόνο. Οι μελέτες για την ταχύτητα του φωτός μπορούν να δώσουν πολύ περισσότερα στη γνώση της φύσης, ανεξάντλητη στην ποικιλομορφία της. 300 χρόνια ιστορίας της θεμελιώδους σταθεράς Μεκαταδεικνύει ξεκάθαρα τις συνδέσεις του με τα σημαντικότερα προβλήματα της φυσικής.

Επίλυση προβλήματος

1. Από τον αρχαίο ελληνικό μύθο του Περσέα:

«Όταν ο Περσέας πέταξε ψηλά στον αέρα, δεν ήταν άλλο από το πέταγμα ενός βέλους. Η σκιά του έπεσε στη θάλασσα και με μανία το τέρας όρμησε στη σκιά του ήρωα. Ο Περσέας όρμησε με τόλμη από ένα ύψος στο τέρας και βύθισε βαθιά ένα κυρτό ξίφος στην πλάτη του ... "

Ερώτηση: τι είναι η σκιά και λόγω ποιου φυσικού φαινομένου σχηματίζεται; Σχεδιάστε την πορεία των ακτίνων.

2. Από το αφρικανικό παραμύθι «Η εκλογή του αρχηγού»:

«Συνάδελφοι», είπε ο Πελαργός, προχωρώντας με ηρεμία στη μέση του κύκλου. Μαλώνουμε από το πρωί. Κοιτάξτε, οι σκιές μας έχουν ήδη κοντύνει και σύντομα θα εξαφανιστούν εντελώς, γιατί το μεσημέρι πλησιάζει. Ας πάρουμε λοιπόν κάποια απόφαση πριν ο ήλιος περάσει το ζενίθ του…»

Ερώτηση: γιατί τα μήκη των σκιών που ρίχνουν οι άνθρωποι έγιναν μικρότερα; Εξηγήστε την απάντησή σας με ένα σχέδιο. Υπάρχει κάποιο μέρος στη Γη όπου η αλλαγή στο μήκος της σκιάς είναι ελάχιστη;

3. Από το ιταλικό παραμύθι «Ο άνθρωπος που έψαχνε την αθανασία»:

«Και τότε ο Γραντέστα είδε κάτι που του φαινόταν πιο τρομερό από μια καταιγίδα. Ένα τέρας πλησίαζε στην κοιλάδα, πετώντας πιο γρήγορα από μια δέσμη φωτός. Είχε δερματώδη φτερά, μια κονδυλώδη μαλακή κοιλιά και ένα τεράστιο στόμα με προεξέχοντα δόντια…»

Ερώτηση: τι είναι λάθος από τη σκοπιά της φυσικής σε αυτό το απόσπασμα;

4. Από τον αρχαίο ελληνικό μύθο του Περσέα:

«Ο Περσέας γρήγορα απομακρύνθηκε από τις Γοργόνες. Φοβάται να δει τα τρομερά πρόσωπά τους: στο κάτω κάτω, ένα βλέμμα και θα γίνει πέτρα. Ο Περσέας πήρε την ασπίδα της Παλλάς Αθηνάς - καθώς οι Γοργόνες αντανακλώνονταν στον καθρέφτη. Ποια είναι η Μέδουσα;

Όπως ένας αετός πέφτει από τον ουρανό στο επιδιωκόμενο θύμα, έτσι ο Περσέας όρμησε στη Μέδουσα που κοιμόταν. Κοιτάζει σε μια καθαρή ασπίδα για να χτυπήσει με μεγαλύτερη ακρίβεια ... "

Ερώτηση: Ποιο φυσικό φαινόμενο χρησιμοποίησε ο Περσέας για να αποκεφαλίσει τη Μέδουσα; Σχεδιάστε μια πιθανή πορεία ακτίνων.

Εργασία για το σπίτι

Εισαγωγή, σελ. 40 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev “Physics. 11”)

Περιγραφή της παρουσίασης σε μεμονωμένες διαφάνειες:

1 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

2 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Από μια πηγή φωτός (από μια λάμπα), το φως εξαπλώνεται προς όλες τις κατευθύνσεις και πέφτει στα γύρω αντικείμενα, προκαλώντας τη θέρμανση τους. Όταν το φως εισέρχεται στο μάτι, προκαλεί μια οπτική αίσθηση - βλέπουμε. πηγή-δέκτης Όταν το φως διαδίδεται, η δράση μεταδίδεται από την πηγή στον δέκτη.

3 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Δύο τρόποι μεταφοράς επιρροών: η μεταφορά μιας ουσίας από μια πηγή σε έναν δέκτη. αλλάζοντας την κατάσταση του μέσου μεταξύ των σωμάτων (χωρίς μεταφορά ύλης).

4 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Θεωρίες φωτός: Η σωματική θεωρία του Νεύτωνα για το φως: το φως είναι ένα ρεύμα σωματιδίων που προέρχονται από μια πηγή προς όλες τις κατευθύνσεις (μεταφορά ουσίας) 2. Κυματική θεωρία φωτός του Huygens: το φως είναι κύματα που διαδίδονται σε ένα ειδικό υποθετικό μέσο - αιθέρα, που γεμίζει όλα χώρο και διεισδυτικό μέσα όλα τα τηλ. 3. Η ηλεκτρομαγνητική θεωρία του φωτός του Maxwell: το φως είναι μια ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Καθώς διαδίδεται, το φως συμπεριφέρεται σαν κύμα. 4. Κβαντική θεωρία του φωτός: όταν εκπέμπεται και απορροφάται, το φως συμπεριφέρεται σαν ένα ρεύμα σωματιδίων.

5 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Η οπτική είναι κλάδος της φυσικής που μελετά τα φαινόμενα φωτός. Τι είναι το φως; Οι απόψεις των επιστημόνων για τη φύση του φωτός έχουν αλλάξει με την πάροδο του χρόνου. Από τον 18ο αιώνα, υπάρχει ένας αγώνας στη φυσική μεταξύ των υποστηρικτών της κυματικής θεωρίας και της σωματιδιακής θεωρίας. Ο διάσημος επιστήμονας I. Newton πίστευε ότι το φως είναι ένα ρεύμα σωματιδίων (σωματιδίων) που εκτοξεύονται από ένα φωτεινό σώμα, τα οποία διαδίδονται στο διάστημα σε ευθεία γραμμή. Αυτή η υπόθεση επιβεβαιώθηκε από τον νόμο της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός. Ο Άγγλος επιστήμονας R. Hooke διάβασε: το φως είναι μηχανικά κύματα. Αυτή η θεωρία επιβεβαιώθηκε από τα έργα των H. Huygens, T. Jung, O. Fresnel και άλλων. Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, το φως έχει διπλή φύση (δυϊσμός σωματιδίων-κύματος): - το φως έχει κυματικές ιδιότητες και είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα, αλλά ταυτόχρονα είναι και ένα ρεύμα σωματιδίων – φωτονίων. Ανάλογα με το εύρος φωτός, ορισμένες ιδιότητες εκδηλώνονται σε μεγαλύτερο βαθμό.

6 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

7 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

8 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

9 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Όταν το φως διαδίδεται, κυριαρχούν οι κυματικές ιδιότητες Όταν το φως αλληλεπιδρά με την ύλη, κυριαρχούν οι κβαντικές ιδιότητες Ο δυϊσμός σωματιδιακών κυμάτων είναι μια εκδήλωση της σχέσης μεταξύ των δύο κύριων μορφών ύλης που μελετά η φυσική - ύλη και πεδίο.

10 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

11 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Η γεωμετρική οπτική είναι ένας κλάδος της οπτικής που μελετά τους νόμους διάδοσης της φωτεινής ενέργειας σε διαφανή μέσα με βάση την έννοια της δέσμης φωτός. Πειραματικός προσδιορισμός της ταχύτητας του φωτός: οι πρώτες προσπάθειες προσδιορισμού της ταχύτητας του φωτός. αστρονομική μέθοδος μέτρησης της ταχύτητας του φωτός (O. Remer, 1676) εργαστηριακή μέθοδος μέτρησης της ταχύτητας του φωτός (I.Fizo, 1849) προσδιορισμός της ταχύτητας του φωτός από τον Michelson. Προσδιορισμός της ταχύτητας του φωτός από τους Έσσεν και Φρουμ. την τιμή της ταχύτητας του φωτός, που λαμβάνεται χρησιμοποιώντας σύγχρονες μεθόδουςτις μετρήσεις της.

12 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Ole Christensen Rømer Ole Christensen Rømer Ημερομηνία γέννησης: 25 Σεπτεμβρίου 1644 Ημερομηνία θανάτου: 19 Σεπτεμβρίου 1710 (ηλικία 65 ετών) Χώρα: Δανία Τομέας έρευνας: αστρονομία Alma mater: Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης

13 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Αστρονομική μέθοδος για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός 1676 - η ταχύτητα του φωτός μετρήθηκε για πρώτη φορά από τον Δανό επιστήμονα O. Römer. Ο Römer παρατήρησε τις εκλείψεις των φεγγαριών του Δία - τις περισσότερες μεγάλος πλανήτης ηλιακό σύστημα. Ο Δίας, σε αντίθεση με τη Γη, έχει 67 ανοιχτούς δορυφόρους. Ο πλησιέστερος δορυφόρος του, η Io, έγινε το αντικείμενο των παρατηρήσεων του Römer. Είδε πώς ο δορυφόρος πέρασε μπροστά από τον πλανήτη, και στη συνέχεια βυθίστηκε στη σκιά του και εξαφανίστηκε από το οπτικό πεδίο. Έπειτα εμφανίστηκε ξανά σαν λάμπα που αναβοσβήνει. Το χρονικό διάστημα μεταξύ δύο αναλαμπών αποδείχθηκε ότι ήταν 42 ώρες 28 λεπτά. Έτσι, αυτό το «φεγγάρι» ήταν ένα τεράστιο ουράνιο ρολόι, που έστελνε τα σήματα του στη Γη σε τακτά χρονικά διαστήματα.

14 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Το 1676, ο Roemer προσδιόρισε την ταχύτητα του φωτός παρατηρώντας την έκλειψη του φεγγαριού του Δία Io. Η ουσία της μεθόδου είναι η μέτρηση του χρόνου έκλειψης του δορυφόρου του Δία όταν παρατηρείται από τη Γη στις θέσεις 1 και 2. Η απόσταση μεταξύ των σημείων 1 και 2 είναι ίση με τη διάμετρο της τροχιάς της γης.

15 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Γνωρίζοντας την καθυστέρηση στην εμφάνιση της Ιο και την απόσταση από την οποία προκαλείται, μπορεί κανείς να προσδιορίσει την ταχύτητα διαιρώντας αυτή την απόσταση με το χρόνο καθυστέρησης. Η ταχύτητα αποδείχθηκε εξαιρετικά υψηλή, περίπου 300.000 km/s. Επομένως, είναι εξαιρετικά δύσκολο να συλλάβουμε τον χρόνο διάδοσης του φωτός μεταξύ δύο απομακρυσμένων σημείων της Γης. Εξάλλου, σε ένα δευτερόλεπτο, το φως διανύει απόσταση μεγαλύτερη από το μήκος του ισημερινού της γης κατά 7,5 φορές. «Αν μπορούσα να μείνω στην άλλη πλευρά της τροχιάς της γης, τότε ο δορυφόρος θα εμφανιζόταν από τις σκιές την καθορισμένη ώρα κάθε φορά, ο παρατηρητής που βρισκόταν εκεί θα έβλεπε την Ιώ 22 λεπτά νωρίτερα. Η καθυστέρηση σε αυτή την περίπτωση προέρχεται από το γεγονός ότι το φως χρειάζεται 22 λεπτά για να ταξιδέψει από τον τόπο της πρώτης μου παρατήρησης μέχρι τη σημερινή μου θέση. Η τροχιακή περίοδος του Δία είναι 11,86 χρόνια. 12 χρόνια - 3600 1 έτος - 3600:12=300 μισό έτος - 150

16 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ Αστρονομική μέθοδος Το 1676, ο Δανός φυσικός O. Roemer ήταν ο πρώτος που μέτρησε το φως. Ο Roemer παρατήρησε την έκλειψη του φεγγαριού του Δία Io. Η Ιώ είναι δορυφόρος του Δία Ι - ο δορυφόρος βρισκόταν στη σκιά του Δία για 4 ώρες. 28 λεπτά. II - ο δορυφόρος άφησε τη σκιά για 22 λεπτά. αργότερα οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν δύο φορές: στη μικρότερη απόσταση του Δία από τη Γη και μετά από 6 μήνες, όταν η απόσταση μεταξύ της Γης και του Δία έγινε η μεγαλύτερη. Η προκύπτουσα διαφορά στη διάρκεια της έκλειψης εξηγήθηκε από το γεγονός ότι το φως, που διαδόθηκε με πεπερασμένη ταχύτητα, έπρεπε να διανύσει μια επιπλέον απόσταση ίση με τη διάμετρο της τροχιάς της Γης. Λόγω της κακής ακρίβειας των μετρήσεων, ο Roemer έλαβε μόνο μια πολύ κατά προσέγγιση τιμή για την ταχύτητα του φωτός των 215.000 km/s.

17 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Hippolyte Fizeau: 23 Σεπτεμβρίου 1819 - 18 Σεπτεμβρίου 1896 διάσημος Γάλλος φυσικός, μέλος της Ακαδημίας Επιστημών του Παρισιού

18 διαφάνεια

Περιγραφή της διαφάνειας:

Εργαστηριακές μέθοδοι για τη μέτρηση της ταχύτητας του φωτός Για πρώτη φορά η ταχύτητα του φωτός μετρήθηκε με την εργαστηριακή μέθοδο από τον Γάλλο φυσικό I. Fizeau το 1849. Στο πείραμα του Fizeau, το φως από την πηγή, περνώντας μέσα από τον φακό, έπεσε σε ημιδιαφανής πλάκα 1 (Εικ. 2). Μετά την ανάκλαση από την πλάκα, η εστιασμένη στενή δέσμη κατευθύνθηκε στην περιφέρεια του ταχέως περιστρεφόμενου γραναζιού. Περνώντας ανάμεσα στα δόντια, το φως έφτασε στον καθρέφτη 2, που βρισκόταν σε απόσταση πολλών χιλιομέτρων από τον τροχό. Αντανακλά από τον καθρέφτη, το φως, πριν μπει στο μάτι του παρατηρητή, έπρεπε να περάσει ξανά ανάμεσα στα δόντια. Όταν ο τροχός γύριζε αργά, το φως που αντανακλούσε ο καθρέφτης ήταν ορατό. Με την αύξηση της ταχύτητας περιστροφής, εξαφανίστηκε σταδιακά. Ενώ το φως που περνούσε ανάμεσα στα δύο δόντια πήγαινε στον καθρέφτη και πίσω, ο τροχός είχε χρόνο να γυρίσει έτσι ώστε ένα δόντι στάθηκε στη θέση της σχισμής και το φως έπαψε να είναι ορατό. Με περαιτέρω αύξηση της ταχύτητας περιστροφής, το φως έγινε ξανά ορατό. Προφανώς, κατά τη διάδοση του φωτός στον καθρέφτη και στην πλάτη, ο τροχός είχε χρόνο να στρίψει τόσο πολύ που μια νέα υποδοχή πήρε τη θέση της προηγούμενης υποδοχής. Γνωρίζοντας αυτόν τον χρόνο και την απόσταση μεταξύ του τροχού και του καθρέφτη, μπορείτε να προσδιορίσετε την ταχύτητα του φωτός. Στο πείραμα του Fizeau, η απόσταση ήταν 8,6 km και προέκυψε μια τιμή 313.000 km/s για την ταχύτητα του φωτός. Εικ.2

1 από 15

Παρουσίαση με θέμα:Ανάπτυξη απόψεων για τη φύση του φωτός

διαφάνεια αριθμός 1

Περιγραφή της διαφάνειας:

διαφάνεια αριθμός 2

Περιγραφή της διαφάνειας:

Οι πρώτες ιδέες για το φως Οι πρώτες ιδέες για το τι είναι φως ανήκουν επίσης στην αρχαιότητα. Στην αρχαιότητα, οι ιδέες για τη φύση του φωτός ήταν πολύ πρωτόγονες, φανταστικές και, επιπλέον, πολύ διαφορετικές. Ωστόσο, παρά την ποικιλομορφία των απόψεων των αρχαίων για τη φύση του φωτός, ήδη εκείνη την εποχή υπήρχαν τρεις κύριες προσεγγίσεις για την επίλυση του προβλήματος της φύσης του φωτός. Αυτές οι τρεις προσεγγίσεις διαμορφώθηκαν στη συνέχεια σε δύο ανταγωνιστικές θεωρίες - τη σωματική και κυματική θεωρία του φωτός. Η συντριπτική πλειοψηφία των αρχαίων φιλοσόφων και επιστημόνων θεωρούσε το φως ως κάποιο είδος ακτίνων που συνδέει το φωτεινό σώμα και το ανθρώπινο μάτι. Ταυτόχρονα, τρεις κύριες διακρίθηκαν απόψεις για τη φύση του φωτός.->Κίνηση των ματιών

διαφάνεια αριθμός 3

Περιγραφή της διαφάνειας:

Η πρώτη θεωρία Μερικοί από τους αρχαίους επιστήμονες πίστευαν ότι οι ακτίνες προέρχονται από τα μάτια ενός ατόμου, φαίνεται να αισθάνονται το εν λόγω αντικείμενο. Αυτή η άποψη είχε στην αρχή μεγάλο αριθμό οπαδών. Τέτοιοι εξέχοντες επιστήμονες και φιλόσοφοι όπως ο Ευκλείδης, ο Πτολεμαίος και πολλοί άλλοι το τηρούσαν. Ωστόσο, αργότερα, ήδη στο Μεσαίωνα, μια τέτοια ιδέα για τη φύση του φωτός χάνει το νόημά της. Όλο και λιγότεροι επιστήμονες ακολουθούν αυτές τις απόψεις. Και στο αρχές XVIIσε. αυτή η άποψη μπορεί να θεωρηθεί ήδη ξεχασμένη.

διαφάνεια αριθμός 4

Περιγραφή της διαφάνειας:

Η δεύτερη θεωρία Άλλοι φιλόσοφοι, αντίθετα, πίστευαν ότι οι ακτίνες εκπέμπονται από ένα φωτεινό σώμα και, φτάνοντας στο ανθρώπινο μάτι, φέρουν το αποτύπωμα ενός φωτεινού αντικειμένου. Αυτή την άποψη είχαν οι ατομιστές Δημόκριτος, Επίκουρος, Λουκρήτιος. Αυτή η άποψη για τη φύση του φωτός αργότερα, τον 17ο αιώνα, διαμορφώθηκε στη σωματιδιακή θεωρία του φωτός, σύμφωνα με την οποία το φως είναι ένα ρεύμα μερικών σωματιδίων που εκπέμπονται από ένα φωτεινό σώμα.

διαφάνεια αριθμός 5

Περιγραφή της διαφάνειας:

Η τρίτη θεωρία Η τρίτη άποψη για τη φύση του φωτός εκφράστηκε από τον Αριστοτέλη. Θεωρούσε το φως όχι ως εκροή κάτι από ένα φωτεινό αντικείμενο στο μάτι, και ακόμη περισσότερο όχι ως κάποιο είδος ακτίνων που εκπέμπονται από το μάτι και αισθάνονται το αντικείμενο, αλλά ως δράση ή κίνηση που διαδίδεται στο χώρο (στο περιβάλλον) . Λίγοι συμμερίζονταν την άποψη του Αριστοτέλη στην εποχή του. Αργότερα όμως, πάλι τον 17ο αιώνα, η άποψή του αναπτύχθηκε και έθεσε τα θεμέλια για την κυματική θεωρία του φωτός.

διαφάνεια αριθμός 6

Περιγραφή της διαφάνειας:

Μεσαίωνας Οι περισσότεροι ενδιαφέρουσα δουλειάστην οπτική, που μας έχει φτάσει από τον Μεσαίωνα, είναι έργο του Άραβα επιστήμονα Alhazen. Μελέτησε την ανάκλαση του φωτός από τους καθρέφτες, το φαινόμενο της διάθλασης και το πέρασμα του φωτός από τους φακούς. Ο επιστήμονας προσχώρησε στη θεωρία του Δημόκριτου και εξέφρασε για πρώτη φορά την ιδέα ότι το φως έχει πεπερασμένη ταχύτητα διάδοσης. Αυτή η υπόθεση ήταν ένα σημαντικό βήμα για την κατανόηση της φύσης του φωτός.

διαφάνεια αριθμός 7

Περιγραφή της διαφάνειας:

XVII αιώνας Με βάση πολυάριθμα πειραματικά δεδομένα στα μέσα του XVII αιώνα, προκύπτουν δύο υποθέσεις για τη φύση των φαινομένων φωτός: η σωματιδιακή θεωρία του Νεύτωνα, η οποία υπέθεσε ότι το φως είναι ένα ρεύμα σωματιδίων που εκτοξεύεται με μεγάλη ταχύτητα από φωτεινά σώματα. Η κυματική θεωρία του Huygens, που έλεγε ότι το φως είναι μια διαμήκης ταλαντωτική κίνηση ενός ειδικού φωτεινού μέσου (αιθέρας), που διεγείρεται από δονήσεις σωματιδίων ενός φωτεινού σώματος.

διαφάνεια αριθμός 8

Περιγραφή της διαφάνειας:

Βασικές αρχές της σωματιδιακής θεωρίας Το φως αποτελείται από μικρά σωματίδια ύλης που εκπέμπονται προς όλες τις κατευθύνσεις κατά μήκος ευθειών γραμμών ή ακτίνες, φωτεινές από ένα σώμα, για παράδειγμα, ένα αναμμένο κερί. Εάν αυτές οι ακτίνες, που αποτελούνται από σωματίδια, εισέλθουν στο μάτι μας, τότε βλέπουμε την πηγή τους. Τα ελαφριά σωματίδια έχουν διαφορετικά μεγέθη. Τα μεγαλύτερα σωματίδια, που μπαίνουν στο μάτι, δίνουν μια αίσθηση κόκκινου χρώματος, τα μικρότερα - μοβ. Το λευκό χρώμα είναι ένα μείγμα όλων των χρωμάτων: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί, βιολετί. Η ανάκλαση του φωτός από την επιφάνεια συμβαίνει λόγω της ανάκλασης των σωματιδίων από τον τοίχο σύμφωνα με το νόμο της απόλυτης ελαστικής κρούσης.

διαφάνεια αριθμός 9

Περιγραφή της διαφάνειας:

Οι κύριες διατάξεις της σωματιδιακής θεωρίας Το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός εξηγείται από το γεγονός ότι τα σωματίδια έλκονται από τα σωματίδια του μέσου. Όσο πιο πυκνό είναι το μέσο, ​​τόσο μικρότερη είναι η γωνία διάθλασης από τη γωνία πρόσπτωσης. Το φαινόμενο της διασποράς του φωτός, που ανακαλύφθηκε από τον Νεύτωνα το 1666, εξήγησε ως εξής. «Κάθε χρώμα είναι ήδη παρόν στο λευκό φως. Όλα τα χρώματα μεταδίδονται μέσω του διαπλανητικού χώρου και της ατμόσφαιρας μαζί και δίνουν την επίδραση του λευκού φωτός. Το λευκό φως - ένα μείγμα από διάφορα σωματίδια - διαθλάται όταν διέρχεται από ένα πρίσμα. Ο Νεύτων περιέγραψε τρόπους για να εξηγήσει τη διπλή διάθλαση υποθέτοντας ότι οι ακτίνες φωτός έχουν «διαφορετικές πλευρές» - μια ειδική ιδιότητα που προκαλεί τη διαφορετική διάθλασή τους όταν διέρχονται από ένα διπλοδιαθλαστικό σώμα.

διαφάνεια αριθμός 10

Περιγραφή της διαφάνειας:

Βασικές διατάξεις της σωματιδιακής θεωρίας Η σωματιδιακή θεωρία του Νεύτωνα εξήγησε ικανοποιητικά πολλά οπτικά φαινόμενα γνωστά εκείνη την εποχή. Ο συγγραφέας του απολάμβανε τεράστιο κύρος στον επιστημονικό κόσμο και σύντομα η θεωρία του Νεύτωνα απέκτησε πολλούς υποστηρικτές σε όλες τις χώρες. Οι μεγαλύτεροι επιστήμονες που τηρούν αυτή τη θεωρία: Arago, Poisson, Biot, Gay-Lussac Με βάση τη σωματιδιακή θεωρία, ήταν δύσκολο να εξηγηθεί γιατί οι δέσμες φωτός, που διασχίζουν το διάστημα, δεν δρουν η μία πάνω στην άλλη. Εξάλλου, τα σωματίδια φωτός πρέπει να συγκρούονται και να διασκορπίζονται (τα κύματα περνούν το ένα μέσα από το άλλο χωρίς αμοιβαία επιρροή)

διαφάνεια αριθμός 11

Περιγραφή της διαφάνειας:

Οι κύριες διατάξεις της κυματικής θεωρίας Το φως είναι η κατανομή των ελαστικών περιοδικών παλμών στον αιθέρα. Αυτοί οι παλμοί είναι διαμήκεις και είναι παρόμοιοι με τους ηχητικούς παλμούς στον αέρα. Ο αιθέρας είναι ένα υποθετικό μέσο που γεμίζει τον ουράνιο χώρο και τα κενά μεταξύ των σωματιδίων των σωμάτων. Είναι αβαρής, δεν υπακούει στο νόμο βαρύτητα, έχει μεγάλη ελαστικότητα. Η αρχή της διάδοσης των ταλαντώσεων του αιθέρα είναι τέτοια που κάθε σημείο του, στο οποίο φτάνει η διέγερση, είναι το κέντρο των δευτερευόντων κυμάτων. Αυτά τα κύματα είναι αδύναμα και το φαινόμενο παρατηρείται μόνο εκεί που περνά η επιφάνεια του φακέλου τους - το μέτωπο του κύματος (αρχή του Huygens). Όσο πιο μακριά είναι το μέτωπο κύματος από την πηγή, τόσο πιο επίπεδο γίνεται. Τα κύματα φωτός που προέρχονται απευθείας από την πηγή προκαλούν την αίσθηση της όρασης. Ένα πολύ σημαντικό σημείο στη θεωρία του Huygens ήταν η υπόθεση ότι η ταχύτητα διάδοσης του φωτός είναι πεπερασμένη.

διαφάνεια αριθμός 12

Περιγραφή της διαφάνειας:

Θεωρία κυμάτων Η θεωρία εξηγεί πολλά φαινόμενα της γεωμετρικής οπτικής: – το φαινόμενο της ανάκλασης του φωτός και οι νόμοι του. - το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός και οι νόμοι του. – το φαινόμενο της συνολικής εσωτερικής αντανάκλασης. - το φαινόμενο της διπλής διάθλασης. - η αρχή της ανεξαρτησίας των ακτίνων φωτός. Η θεωρία του Huygens έδωσε την ακόλουθη έκφραση για τον δείκτη διάθλασης του μέσου: Από τον τύπο μπορεί να φανεί ότι η ταχύτητα του φωτός πρέπει να εξαρτάται αντιστρόφως από τον απόλυτο δείκτη του μέσου. Αυτό το συμπέρασμα ήταν το αντίθετο από το συμπέρασμα που προκύπτει από τη θεωρία του Νεύτωνα.

διαφάνεια αριθμός 13

Περιγραφή της διαφάνειας:

Θεωρία κυμάτων Πολλοί αμφέβαλλαν για την κυματική θεωρία του Huygens, αλλά μεταξύ των λίγων υποστηρικτών των απόψεων των κυμάτων για τη φύση του φωτός ήταν οι M. Lomonosov και L. Euler. Από την έρευνα αυτών των επιστημόνων, η θεωρία του Huygens άρχισε να διαμορφώνεται ως θεωρία κυμάτων, και όχι απλώς απεριοδικές ταλαντώσεις που διαδίδονται στον αιθέρα. Ήταν δύσκολο να εξηγηθεί η ευθύγραμμη διάδοση του φωτός, που οδήγησε στο σχηματισμό αιχμηρών σκιών πίσω από αντικείμενα (σύμφωνα με τη σωματιδιακή θεωρία, η ευθύγραμμη κίνηση του φωτός είναι συνέπεια του νόμου της αδράνειας) μόνο από την άποψη της κυματικής θεωρίας .

διαφάνεια αριθμός 14

Περιγραφή της διαφάνειας:

XI-XX αιώνες Στο δεύτερο μισό του XIX αιώνα, ο Maxwell έδειξε ότι το φως είναι μια ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Τα έργα του Maxwell έθεσαν τα θεμέλια της ηλεκτρομαγνητικής θεωρίας του φωτός.Μετά την πειραματική ανακάλυψη των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων από τον Hertz, δεν υπήρχε αμφιβολία ότι το φως συμπεριφέρεται σαν κύμα κατά τη διάδοση. Δεν υπάρχουν ακόμη και τώρα.Ωστόσο, στις αρχές του 20ου αιώνα, οι ιδέες για τη φύση του φωτός άρχισαν να αλλάζουν ριζικά. Ξαφνικά αποδείχθηκε ότι η απορριφθείσα σωματιδιακή θεωρία εξακολουθεί να είναι σχετική με την πραγματικότητα. Αποδείχθηκε ότι κατά την εκπομπή και την απορρόφηση, το φως συμπεριφέρεται σαν ένα ρεύμα σωματιδίων.

διαφάνεια αριθμός 15

Περιγραφή της διαφάνειας:

XI-XX αιώνες Ανακαλύφθηκαν ασυνεχείς (κβαντικές) ιδιότητες του φωτός. Προέκυψε μια ασυνήθιστη κατάσταση: τα φαινόμενα παρεμβολής και περίθλασης μπορούσαν ακόμα να εξηγηθούν θεωρώντας το φως ως κύμα και τα φαινόμενα ακτινοβολίας και απορρόφησης μπορούσαν να εξηγηθούν θεωρώντας το φως ως ρεύμα σωματιδίων. Επομένως, οι επιστήμονες συμφώνησαν στο σωματίδιο κύματος δυαδικότητα (δυαδικότητα) των ιδιοτήτων του φωτός. Σήμερα, η θεωρία του φωτός συνεχίζει να αναπτύσσεται.

Πρώτες παραστάσεις για τη φύση του φωτός , που προέκυψε μεταξύ των αρχαίων Ελλήνων και Αιγυπτίων, στο μέλλον, καθώς επινοήθηκαν και βελτιώθηκαν διάφορα οπτικά όργανα, αναπτύχθηκαν και μεταμορφώθηκαν.

Στο Μεσαίωνα έγιναν γνωστοί οι εμπειρικοί κανόνες για την κατασκευή εικόνων που δίνονταν από φακούς. Το 1590 ο Z. Jansen κατασκεύασε το πρώτο μικροσκόπιο, το 1609 ο G. Galileo εφηύρε το τηλεσκόπιο. Ο ποσοτικός νόμος της διάθλασης του φωτός όταν διέρχεται από τη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων καθιερώθηκε το 1620 από τον W. Snell. Η μαθηματική καταγραφή αυτού του νόμου στη μορφή ανήκει στον R. Descartes (1637) Προσπάθησε επίσης να εξηγήσει αυτόν τον νόμο με βάση σωματιδιακή θεωρία. Στη συνέχεια, η θεμελίωση της κατασκευής της γεωμετρικής οπτικής ολοκληρώθηκε με τη διατύπωση της αρχής του Fermat (1660).

Η περαιτέρω ανάπτυξη της οπτικής συνδέεται με τις ανακαλύψεις περίθλασηκαι παρέμβασηφως (F. Grimaldi, 1665), διπλή διάθλαση(E. Bartholin, 1669) και με τα έργα των I. Newton, R. Hooke, H. Huygens.

Στα τέλη του 17ου αιώνα, με βάση την εμπειρία αιώνων και την ανάπτυξη ιδεών για το φως, προέκυψαν δύο ισχυρές θεωρίες για το φως - αιμοσφαιρικός (Newton - Descartes) και κύμα (Hooke - Huygens).

Ο I. Newton ανέπτυξε σωματικές απόψεις για τη φύση του φωτός σε μια συνεκτική θεωρία εκροής. Φως – σωμάτια εκπέμπονται από σώματα και πετάνε με μεγάλη ταχύτητα. Φυσικά, ο Νεύτων εφάρμοσε τους νόμους της μηχανικής που διατύπωσε ο ίδιος στην ανάλυση της κίνησης των φωτεινών σωματιδίων. Από αυτές τις ιδέες, συνήγαγε εύκολα τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης του φωτός (Εικ. 7.11):

Ρύζι. 7.11 - 7.13

Ωστόσο, από το σκεπτικό του Νεύτωνα προκύπτει ότι η ταχύτητα του φωτός στην ύλη είναι μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός στο κενό: .

Επιπλέον, το 1666, ο Νεύτωνας έδειξε ότι το λευκό φως είναι σύνθετο και περιέχει «καθαρά χρώματα», καθένα από τα οποία χαρακτηρίζεται από τη διάθλασή του (Εικ. 7.12), δηλ. έδωσε την έννοια της διασποράς του φωτός. Αυτό το χαρακτηριστικό εξηγήθηκε από τη διαφορά στις μάζες των σωματιδίων.

Ταυτόχρονα, τον XVII αιώνα. (μαζί με την έννοια του Descartes - Newton) ανέπτυξε το αντίθετο, κυματική θεωρία Hooke-Huygens ότι το φως είναι μια διαδικασία διάδοσης διαμήκεις παραμορφώσειςσε κάποιο περιβάλλον,διαπερνώντας όλο το σώμα, –στον αέρα .

Μέχρι τα τέλη του XVII αιώνα. Στην οπτική, έχει αναπτυχθεί μια πολύ περίεργη κατάσταση. Και οι δύο θεωρίες εξήγησαν τις βασικές οπτικές κανονικότητες: την ευθύτητα της διάδοσης, τους νόμους της ανάκλασης και της διάθλασης. Περαιτέρω προσπάθειες για πληρέστερη εξήγηση των παρατηρούμενων γεγονότων οδήγησαν σε δυσκολίες και στις δύο θεωρίες.

Ο Huygens δεν μπορούσε να εξηγήσει τους φυσικούς λόγους για την παρουσία διαφορετικών χρωμάτων και τον μηχανισμό αλλαγής της ταχύτητας διάδοσης του φωτός στον αιθέρα που διεισδύει σε διάφορα μέσα.

Ήταν δύσκολο για τον Νεύτωνα να εξηγήσει γιατί, όταν πέφτει στα όρια δύο μέσων, εμφανίζεται μερική ανάκλαση και διάθλαση, καθώς και παρεμβολή και διασπορά του φωτός. Ωστόσο, η τεράστια εξουσία του Νεύτωνα και η ατελή θεωρία των κυμάτων οδήγησαν στο γεγονός ότι ολόκληρος ο XVIII αιώνας. πέρασε κάτω από το πρόσημο της σωματιδιακής θεωρίας.

Αρχές 19ου αιώνα χαρακτηρίζεται από την εντατική ανάπτυξη των μαθηματικών θεωρίες ταλαντώσεων και κυμάτωνκαι η εφαρμογή του στην εξήγηση ορισμένων οπτικών φαινομένων. Σε σχέση με το έργο των T. Jung και O. Fresnel, η νίκη πέρασε προσωρινά σε κυματική οπτική.

· 1801 Ο T. Jung διατυπώνει την αρχή της παρεμβολής και εξηγεί τα χρώματα των λεπτών υμενίων.

· 1818 Ο O. Fresnel εξηγεί το φαινόμενο της περίθλασης.

· 1840 Οι O. Fresnel και D. Argo διερευνούν την παρεμβολή του πολωμένου φωτός και αποδεικνύουν την εγκάρσιοτητα των φωτεινών δονήσεων.

· 1841 Ο O. Fresnel χτίζει τη θεωρία των κρυσταλλο-οπτικών δονήσεων.

· 1849 Ο A. Fizeau μέτρησε την ταχύτητα του φωτός και υπολόγισε τον δείκτη διάθλασης του νερού σύμφωνα με την κυματική θεωρία, η οποία συνέπεσε με το πείραμα.

· 1848 ο M. Faraday ανακάλυψε την περιστροφή του επιπέδου πόλωσης του φωτός σε ένα μαγνητικό πεδίο (το φαινόμενο Faraday).

· 1860 Ο J. Maxwell, με βάση την ανακάλυψη του Faraday, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όχι ελαστικό.

1888 Ο G. Hertz επιβεβαίωσε πειραματικά ότι το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο διαδίδεται με την ταχύτητα του φωτός Με.

1899 Π.Ν. Ο Λεμπέντεφ μέτρησε την πίεση του φωτός.

Φαινόταν ότι η διαμάχη είχε επιλυθεί πλήρως υπέρ της κυματικής θεωρίας του φωτός, αφού στα μέσα του 19ου αιώνα. Ανακαλύφθηκαν γεγονότα που δείχνουν τη σύνδεση και την αναλογία οπτικών και ηλεκτρικών φαινομένων. Οι Faraday, Maxwell και άλλοι επιστήμονες έδειξαν ότι το φως είναι μια ειδική περίπτωση ηλεκτρομαγνητικού κύματος με . Μόνο αυτό το διάστημα των μηκών κύματος επηρεάζει το μάτι μας και είναι στην πραγματικότητα ελαφρύ. Αλλά τόσο τα μακρύτερα όσο και τα μικρότερα κύματα είναι της ίδιας φύσης με το φως.

Ωστόσο, παρά τις τεράστιες προόδους στην ηλεκτρομαγνητική θεωρία του φωτός, να τέλη XIXσε. άρχισαν να συσσωρεύονται νέα στοιχεία που έρχονταν σε αντίθεση με την κυματική θεωρία του φωτός. Η κυματική θεωρία δεν μπορούσε να εξηγήσει την κατανομή της ενέργειας στο φάσμα ακτινοβολίας ενός μελανού σώματος και το φαινόμενο του φωτοηλεκτρικού φαινομένου, το οποίο μελέτησε ο A.G. Ο Στολέτοφ.

Το 1900, ο Max Planck έδειξε ότι η ακτινοβολία του μαύρου σώματος μπορεί να εξηγηθεί υποθέτοντας ότι το φως δεν εκπέμπεται συνεχώς, αλλά σε τμήματα, κβάντα με ενέργεια, όπου ν είναι η συχνότητα, ηείναι η σταθερά του Planck.

Μαξ Πλανκ(1858–1947). Από το 1874 σπούδασε φυσική με τους Gustav Kirchhoff και Hermann Helmholtz στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Το 1930, ο Μαξ Πλανκ έγινε επικεφαλής του Ινστιτούτου Φυσικής Κάιζερ Βίλχελμ (τώρα Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ) και κράτησε αυτή τη θέση μέχρι το τέλος της ζωής του. Το 1900, στο έργο του για τη θερμική ακτινοβολία ισορροπίας, ο Planck εισήγαγε για πρώτη φορά την υπόθεση ότι η ενέργεια ενός ταλαντωτή παίρνει διακριτές τιμές ανάλογες με τη συχνότητα ταλάντωσης, που σηματοδότησε την αρχή της κβαντικής φυσικής. Ο Max Planck συνέβαλε επίσης πολύ στην ανάπτυξη της θερμοδυναμικής.

Το 1905, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν εξήγησε τους νόμους του φωτοηλεκτρικού φαινομένου με βάση την έννοια των σωματιδίων φωτός - " κβάντα "Σβέτα", φωτόνια », η μάζα του οποίου

.

Αυτή η αναλογία συνδέεται σωματικά χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας, μάζα και ενέργεια ενός κβαντικού ,με κύμα - συχνότητα και μήκος κύματος.

Το έργο του Πλανκ και του Αϊνστάιν ήταν η αρχή της ανάπτυξης κβαντική φυσική .

Έτσι, και οι δύο θεωρίες - και οι κυματικές και οι κβαντικές - αναπτύχθηκαν ταυτόχρονα, έχοντας τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τους και, όπως λέμε, αλληλοσυμπληρώθηκαν. Οι επιστήμονες έχουν ήδη αρχίσει να καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το φως είναι ταυτόχρονα κύματα και σωματίδια. Και το 1922, ο A. Compton απέδειξε τελικά ότι τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα ακτίνων Χ είναι και σώματα (φωτόνια, κβάντα) και κύματα.

Έτσι, μια μακρά διαδρομή έρευνας έχει οδηγήσει σε σύγχρονες ιδέες για διπλή κυματική φύση του φωτός.

Το ενδιαφέρον για τα οπτικά φαινόμενα είναι κατανοητό. Περίπου το 80% των πληροφοριών για τον κόσμο γύρω από ένα άτομο λαμβάνει μέσω της όρασης. Τα οπτικά φαινόμενα είναι πάντα οπτικά και επιδέχονται ποσοτική ανάλυση. Πολλές θεμελιώδεις έννοιες, όπως η παρεμβολή, η περίθλαση, η πόλωση κ.λπ., χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως σε περιοχές μακριά από την οπτική, λόγω της ορατότητας του θέματος και της ακρίβειας των θεωρητικών εννοιών.

Μέχρι τα μέσα περίπου του 20ου αιώνα, φαινόταν ότι η οπτική, ως επιστήμη, είχε ολοκληρώσει την ανάπτυξή της. Ωστόσο, τις τελευταίες δεκαετίες, επαναστατικές αλλαγές έχουν λάβει χώρα σε αυτόν τον τομέα της φυσικής, που συνδέονται τόσο με την ανακάλυψη νέων κανονικοτήτων (αρχές κβαντικής ενίσχυσης, λέιζερ) όσο και με την ανάπτυξη ιδεών βασισμένων σε κλασικές και καλά δοκιμασμένες έννοιες.

Το πιο σημαντικό γεγονός στη σύγχρονη οπτική είναι η πειραματική ανακάλυψη μεθόδων για τη δημιουργία διεγερμένης εκπομπής ατόμων και μορίων - η δημιουργία μιας οπτικής κβαντικής γεννήτριας (λέιζερ) (A.M. Prokhorov, N.G. Basov and C. Townes, 1954).

Στη σύγχρονη φυσική οπτική, οι κβαντικές έννοιες δεν έρχονται σε αντίθεση με τις κυματικές έννοιες, αλλά συνδυάζονται με βάση κβαντική μηχανικήκαι κβαντική ηλεκτροδυναμική.