İşıq nədir? Bu sual bütün əsrlərdə bəşəriyyəti maraqlandırdı, lakin yalnız eramızın 20-ci əsrində bu fenomenin təbiəti haqqında çox şey aydınlaşdırmaq mümkün oldu. Bu məqalə işığın korpuskulyar nəzəriyyəsinə, onun üstünlükləri və mənfi cəhətlərinə diqqət yetirəcək.
Qədim filosoflardan Kristian Huygens və İsaak Nyutona
Dövrümüzə qədər gəlib çatmış bəzi dəlillər deyir ki, insanlar işığın təbiəti ilə qədim Misirdə və qədim Yunanıstanda maraqlanmağa başlayıblar. Əvvəlcə obyektlərin öz görünüşlərini yaydığına inanılırdı. Sonuncu, insan gözünə girərək, obyektlərin görünməsi təəssüratı yaradır.
Sonra Yunanıstanda fəlsəfi fikrin formalaşması zamanı Aristotelin yeni nəzəriyyəsi meydana çıxdı, o hesab edirdi ki, hər bir insan gözündən müəyyən şüalar buraxır və bunun sayəsində cisimləri "hiss edə" bilir.
Orta əsrlər nəzərdən keçirilən məsələyə heç bir aydınlıq gətirmədi, yeni nailiyyətlər yalnız İntibah və elmdə inqilabla gəldi. Xüsusilə, 17-ci əsrin ikinci yarısında tamamilə əks olan iki nəzəriyyə meydana çıxdı.işıqla əlaqəli hadisələri izah edin. Söhbət Kristian Hüygensin dalğa nəzəriyyəsindən və İsaak Nyutonun korpuskulyar nəzəriyyəsindən gedir.
Dalğa nəzəriyyəsinin bəzi uğurlarına baxmayaraq, onun hələ də bir sıra mühüm çatışmazlıqları var idi:
- işığın efirdə yayıldığına, heç kim tərəfindən kəşf olunmadığına inanırdı;
- dalğaların eninə təbiəti o demək idi ki, efir bərk mühit olmalıdır.
Bu çatışmazlıqları nəzərə alaraq, həm də o dövrdə Nyutonun böyük nüfuzunu nəzərə alaraq, zərrəciklər-korpuskullar nəzəriyyəsi alimlər dairəsində yekdilliklə qəbul edildi.
İşığın korpuskulyar nəzəriyyəsinin mahiyyəti
Nyutonun fikri mümkün qədər sadədir: əgər bizi əhatə edən bütün cisimlər və proseslər sonlu kütləli cisimlərin iştirak etdiyi klassik mexanikanın qanunları ilə təsvir edilirsə, o zaman işıq da kiçik hissəciklər və ya cisimciklərdir. Onlar kosmosda müəyyən sürətlə hərəkət edirlər, maneə ilə qarşılaşsalar, ondan əks olunurlar. Sonuncu, məsələn, obyektdə kölgənin mövcudluğunu izah edir. İşıq haqqında bu fikirlər 19-cu əsrin əvvəllərinə qədər, yəni təxminən 150 ilə qədər davam etdi.
Maraqlıdır ki, Lomonosov qazların davranışını izah etmək üçün 18-ci əsrin ortalarında Nyuton korpuskulyar nəzəriyyəsindən istifadə etmişdir ki, bu nəzəriyyə özünün "Riyazi kimyanın elementləri" əsərində təsvir edilmişdir. Lomonosov qazı cisimcik hissəciklərindən ibarət hesab edirdi.
Nyuton nəzəriyyəsi nəyi izah etdi?
İşıq haqqında təsvir edilən ideyalar hazırlanmışdırtəbiətini dərk etmək üçün böyük bir addımdır. Nyutonun cisimciklər nəzəriyyəsi aşağıdakı hadisələri izah edə bildi:
- Bircins mühitdə işığın düzxətli yayılması. Həqiqətən də, hərəkət edən işıq cisiminə heç bir xarici qüvvə təsir etmirsə, onun vəziyyəti klassik mexanikanın birinci Nyuton qanunu ilə uğurla təsvir edilir.
- Refeksiya fenomeni. İki media arasındakı interfeysə dəyən cisim tamamilə elastik toqquşma keçirir, bunun nəticəsində onun impuls modulu qorunub saxlanılır və özü də düşmə bucağına bərabər bucaq altında əks olunur.
- Refraksiya hadisəsi. Nyuton inanırdı ki, daha sıx bir mühitə daha az sıx olandan (məsələn, havadan suya) nüfuz edən cisimcik, sıx mühitin molekullarının cəlb edilməsi səbəbindən sürətlənir. Bu sürətlənmə onun trayektoriyasının normala yaxın dəyişməsinə gətirib çıxarır, yəni refraksiya effekti müşahidə olunur.
- Çiçəklərin varlığı. Nəzəriyyənin yaradıcısı hesab edirdi ki, hər bir müşahidə olunan rəng öz "rəng" korpuskuluna uyğundur.
Belə edilən nəzəriyyənin problemləri və Hüygensin fikrinə qayıdış
İşıqla bağlı yeni effektlər aşkar edildikdə onlar ortaya çıxmağa başladı. Əsas olanlar difraksiya (şüa yarıqdan keçərkən işığın düzxətli yayılmasından yayınma) və müdaxilədir (Nyuton halqalarının fenomeni). İşığın bu xüsusiyyətlərinin kəşfi ilə 19-cu əsrdə fiziklər Huygensin işini xatırlamağa başladılar.
Eyni 19-cu əsrdə Faraday və Lenz dəyişən elektrik (maqnit) sahələrinin xüsusiyyətlərini tədqiq etdilər vəMaksvell müvafiq hesablamaları apardı. Nəticədə sübut olundu ki, işığın mövcudluğu üçün efir tələb olunmayan elektromaqnit eninə dalğadır, çünki onu əmələ gətirən sahələr yayılma prosesində bir-birini yaradır.
İşıq və Maks Plankın ideyası ilə bağlı yeni kəşflər
Deyəsən Nyutonun korpuskulyar nəzəriyyəsi artıq tamamilə basdırılıb, lakin 20-ci əsrin əvvəllərində yeni nəticələr ortaya çıxır: belə çıxır ki, işıq elektronları maddədən “çıxara” və cisimlərə təzyiq göstərə bilər. onların üzərinə düşür. Qara cismin anlaşılmaz spektrinin əlavə olunduğu bu hadisələri, dalğa nəzəriyyəsinin izah etməkdə aciz olduğu ortaya çıxdı.
Həll yolu Maks Plank tərəfindən tapılıb. O, işığın maddənin atomları ilə kiçik hissələr şəklində qarşılıqlı əlaqədə olmasını təklif etdi və bunu fotonlar adlandırdı. Fotonun enerjisi düsturla müəyyən edilə bilər:
E=hv.
Burada v - foton tezliyi, h - Plank sabiti. Maks Plank bu işıq ideyası sayəsində kvant mexanikasının inkişafının əsasını qoydu.
Plankın ideyasından istifadə edərək Albert Eynşteyn 1905-ci ildə fotoelektrik effekt fenomenini izah edir, Niels Bor 1912-ci ildə atom emissiyası və udma spektrləri üçün əsas verir, Kompton isə 1922-ci ildə indi öz adını daşıyan effekti kəşf edir. Bundan əlavə, Eynşteyn tərəfindən hazırlanmış nisbilik nəzəriyyəsi işıq şüasının xətti yayılmasından yayınmada cazibə qüvvəsinin rolunu izah etdi.
Beləliklə, 20-ci əsrin əvvəllərindəki bu alimlərin işi Nyutonun17-ci əsrdə işıq.
İşığın korpuskulyar-dalğa nəzəriyyəsi
İşıq nədir? Bir hissəcikdir, yoxsa dalğa? İstər mühitdə, istərsə də havasız fəzada yayılması zamanı işıq dalğanın xüsusiyyətlərini nümayiş etdirir. Onun maddə ilə qarşılıqlı təsirinə nəzər saldıqda, o, özünü maddi hissəcik kimi aparır. Ona görə də hazırda işığa münasibətdə onun korpuskulyar-dalğa nəzəriyyəsi çərçivəsində təsvir edilən xassələrinin dualizmindən danışmaq adətdir.
İşıq hissəciyi - fotonun nə yükü, nə də kütləsi var. Onun əsas xüsusiyyəti enerjidir (yaxud yuxarıdakı ifadəyə diqqət yetirsəniz, eyni şey olan tezlik). Foton hər hansı elementar hissəcik (elektron, proton, neytron) kimi kvant mexaniki cisimdir, ona görə də onun zərrəcik kimi bir impulsu var, lakin lokallaşdırıla bilməz (dəqiq koordinatları müəyyənləşdirin), sanki dalğa.
