ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы В царстве света из "Голография " Что такое свет Этот вопрос продолжает волновать многих, однако ответить на него непросто. [c.9] С древних времен и до наших дней, когда города утопают в си5шии огней, свет очаровывает человека. Сейчас, щелкнув выключателем, можно осветить большое пространство, и все же свет представляется большинству людей неразрешимой загадкой. Ни один свой секрет природа не хранила так тщательно, как то, что же представляет свет в действительности. [c.9] Скрывая свою природу, свет тем не менее позволил человеку с помощью зрения познать окружающий мир в такой большой степени, в какой не смогли обеспечить другие органы чувств. Более 90% информации об окружающем мире человек получает с помощью зрения. Но если нет света, зрение беспомощно и никакой обостренный слух, осязание и обоняние не в силах компенсировать человеку эту потерю. [c.9] Возможно, глаз природа создала только потому, что был солнечный свет. И не только создала, но и настроила его максимум чувствительности на солнечное излучение. [c.9] Наиболее ранняя теория света была выдвинута древними греками. Согласно ей, свет представляет собой нечто такое, что истекает из наших глаз подобно воде из шланга, при этом предполагалось, что мы видим предметы, направляя на них поток света. Человек узнает, как выглядит вещь, будто ощупывая ее. Глаза слепого не испускают света, поэтому он не может видеть. Против этой теории не было существенных возражений до эпохи Возрождения. [c.9] Другая теория света, более фундаментальная, подтверждаемая наблюдениями и экспериментами, была разработана Ньютоном. К тому времени были предложены две гипотезы по одной - свет это вещество, по другой - волновая энергия. Ученый отдавал предпочтение первой гипотезе. Он полагал, что свет состоит из малых частиц (корпускул) вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям или лучам светящимся телом, например Солнцем, свечой или другим источником (рис. 1). Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник. Вторую гипотезу Ньютон отвергал на том основании, что свет, по его мнению, не способен огибать препятствия, хотя он и знал о способностях звуковых и водяных волн огибать небольшие предметы. [c.9] Одновременно с Ньютоном голландский физик Гюйгенс выдвинул волновую теорию света. На рис.2 показано, каким образом источник излучает свет согласно волновой теории. Хорошо видно, что есть лучи и волновые фронты, образованные сферическими поверхностями. Чем дальше волновой фронт от источника, тем более плоским он становится. На большом расстоянии от источника мы имеем дело с плоскими фронтами. Световые волны, приход шо1е непосредственно от источника или от отражающего их объекта, вызывают ощущение видения, т.е. те же ощущения, которые Ньютон приписывал корпускулам. [c.10] Ньютон выдвинул возражение против волновой теории. Он говорил, что всякая волна должна иметь среду, в которой она распространяется. Свет распространяется в пустоте, а звук нет. Корпускулы же, как и брошенные мячи, не нуждаются в среде для распространения, а волны нуждаются. Поэтому волны не смогли бы распространяться в пустоте, например при пересечении пространства между Солнцем и Землей. [c.10] И тогда Гюйгенс, чтобы успокоить критиков, предположил существование некоего вещества - эфира, заполняющего все простраст-во и проникающего во все материальные вещи. [c.10] А Ньютон ставил все новые вопросы почему нельзя видеть, осязать, чувствовать эфир Остается ли он неподвижным или перемещается Обладает ли он трением Ответить на эти вопросы тогда было невозможно. Ньютон был самый большой научный авторитет своего времени, и поэтому восторжествовала его теория. Однако в дальнейшем в ней стали обнаруживаться неточности. Так, например, самым основополагающим в теории было то, что свет распространяется по пр5шой линии. Впоследствии было доказано, что это не так. Эксперименты Майкельсона показали и отсутствие какого бы то ни было эфира, предполагаемого Гюйгенсом. [c.10] Но вот в 1801 г. молодой английский физик Томас Юнг выполнил эксперимент, который потряс ученых мира. Сущность этого эксперимента поясняется рис. 3. Перед экраном с двумя очень узкими щелями, отстоящими одна от другой на 2 мм, установлен источник света. За экраном помещено матовое стекло, на котором наблюдают получающуюся картину - несколько светлых и темных полос. Удивительным является то, что прямо против промежутка между щелями появляется светлая полоса. Это доказывает, что свет огибает препятствие, как и предсказал Гюйгенс. В то же время по теории Ньютона на матовом стекле должны были появиться только две светлые полосы. Чем же объяснить появление нескольких светлых линий Это поясняет правая часть рис. 3. Светлые линии образуются в результате сложения волн, падающих на стекло в одной фазе, а темные - в противоположных фазах. [c.11] Появление полос легко объяснить, если допустить, что свет имеет волновую природу. Светлые полосы образуются в результате подсветки поля от волн, исходящих из одной щели, волнами, исходящими из др)ггой щели. Две волны, падающие на стекло в противофазе, взаимно уничтожаются, образуя темные полосы. [c.11] Последующие эксперименты вновь подтвердили волновую природу света. Теперь оставалось решить вопрос о скорости света. Аристотель считал, что свет распространяется мгновенно от точки к точке. Ньютон и Гюйгенс были с этим не согласны, ибо они не считали возможным мгновенное распространение ни для частиц, ни для волны. Первый эксперимент по определению скорости света выполнил еще Галилей. Для этого он использовал двух наблюдателей, расположив их на расстоянии в несколько километров друг от друга. В их руках были фонари и секундомер. В некоторый момент первый наблюдатель открьюал свой фонарь и в тот же момент запускал секундомер. Второй наблюдатель, увидев свет фонаря первого, открывал свой фонарь. Первый, заметив свет фонаря второго, тотчас останавливал секундомер. Скорость света определяли путем деления двойного расстояния между наблюдателями на учтенный промежуток времени. Полученные экспериментальные результаты были настолько различными, что не могли дать надежного значения скорости света. [c.12] Майкельсон подверг сомнению и наличие эфира. Он, как и большинство физиков того времени, поначалу считал, что эфир - это единственная среда во Вселенной, остающаяся неподвижной. Он полагал, что движение Земли должно создавать кажущееся движение эфира, параллельное направлению движения Земли. Вместе с физиком Морли в 1881 г. он попытался измерить скорость света относительно эфира, засекая время прохождения светом определенного расстояния вверх по эфиру и в обратном направлении и время прохождения того же расстояния перпендикулярно к потоку и обратно. Ясно, что если эфир существует и он неподвижен, то время, необходимое свету для прохождения расстояния вдоль потока туда и обратно, должно быть больше, чем поперек. Выяснилось, что в обоих случаях время совершенно одинаково. Эксперимент повторили многократно. Результаты подтвердились. Это было удивительное открытие. Результаты противоречили физике того времени, опровергая существование эфира. [c.13] Другим загадочным открытием было то, что, когда в опыте пользовались светом от Солнца или другой звезды, то время, необходимое свету для прохождения расстояния вдоль потока эфира, было численно равно времени, необходимому для прохождения поперек его, независимо от того, совпадало ли направление вращения Земли с движением прибора по направлению к источнику света или с движением его в противоположном направлении. [c.13] Это было парадоксально, равносильно тому, что две летящие навстречу птицы имеют относительную скорость, равную не сумме их скоростей, а другую - меньшую. [c.13] Таким образом, свет по-прежнему оставался загадкой. [c.13] Вернуться к основной статье