Хвильова теорія світла Гюйгенса

The хвильова теорія світла Гюйгенс визначав світло як хвилю, подібну до звукових або механічних хвиль, що виникають у воді. З іншого боку, Ньютон стверджував, що світло утворено матеріальними частинками, до яких він називав корпускули.

Світло завжди викликало інтерес і цікавість людини. Таким чином, з моменту свого виникнення однією з фундаментальних проблем фізики було розкриття таємниць світла.

З цих причин протягом всієї історії науки існували різні теорії, які пояснюють їх справжню природу.

Проте, лише наприкінці XVII і початку XVIII ст., З теоріями Ісака Ньютона і Крістіана Гюйгенса, почали закладати основи для більш глибокого знання про світло..

Принципи хвильової теорії світла Гюйгенса

У 1678 році Крістіан Гюйгенс сформулював свою хвильову теорію світла, яку пізніше, в 1690 році, опублікував у своїй роботі "Трактат про світло".. 

Голландський фізик запропонував випромінювати світло у всіх напрямках як набір хвиль, що рухаються через середовище, яке він назвав ефіром. Оскільки на хвилі не впливає гравітація, вона припускала, що швидкість хвиль зменшувалася, коли вони входили в більш щільну середу.

Його модель виявилася особливо корисною в поясненні закону Снелла-Декарта про рефлексію і заломлення. Він також задовільно пояснив явище дифракції.

Його теорія грунтувалася принципово на двох поняттях:

a) Джерела світла випромінюють хвилі сферичної форми, подібні до хвиль, що виникають на поверхні води. Таким чином світлові промені визначаються лініями, напрямок яких перпендикулярно поверхні хвилі.

b) Кожна точка хвилі, у свою чергу, є новим центром випромінювачів вторинних хвиль, які випромінюються з однаковою частотою і швидкістю, що характеризують первинні хвилі. Нескінченність вторинних хвиль не сприймається, так що хвиля, що виникає з цих вторинних хвиль, є її огинаючою.

Проте, хвильова теорія Гюйгенса не була прийнята вченими свого часу, за винятком деяких винятків, таких як Роберт Гук.

Величезний авторитет Ньютона і великий успіх, досягнутий його механікою разом з проблемами для розуміння концепції ефіру, зробили, що більшість сучасних вчених обидва вибрали корпускулярну теорію англійського фізика.

Відображення

Віддзеркалення - це оптичне явище, яке відбувається, коли хвиля похило попадає на поверхню поділу між двома середовищами і зазнає зміни напрямку, повертаючись до першого середовища разом з частиною енергії руху.

Закони відображення такі:

Перший закон

Відбитий промінь, падаючий і нормальний (або перпендикулярний), розташовані в одній площині.

Другий закон

Величина кута падіння точно така ж, як і кут відбиття.

Принцип Гюйгенса дозволяє продемонструвати закони відображення. Перевіряється, що коли хвиля досягає поділу носія, кожна точка стає новим джерелом випромінювання, що випромінює вторинні хвилі. Відбитий фронт хвилі є огинаючою вторинних хвиль. Кут відбитого фронту вторинної хвилі точно такий же, як кут падіння.

Рефракція

Однак рефракція є явищем, яке виникає, коли хвиля похило попадає на розрив між двома середовищами, які мають інший показник заломлення.

Коли це відбувається, хвиля проникає і передається другою середовищем разом з частиною енергії руху. Рефракція відбувається як наслідок різної швидкості, з якою хвилі поширюються в різних середовищах.

Принцип Гюйгенса надав переконливе пояснення щодо заломлення. Точки на хвильовому фронті, розташовані на кордоні між двома носіями, виступають як нові джерела поширення світла і, отже, зміна напрямку поширення.

Дифракція

Дифракція - це фізичне явище, характерне для хвиль (це відбувається у всіх типах хвиль), що складається з відхилення хвиль, коли вони знаходять перешкоду на їх шляху або проходять через щілину.

Слід мати на увазі, що дифракція відбувається лише тоді, коли хвиля спотворюється через перешкоду, розміри якої порівнянні з довжиною хвилі..

Теорія Гюйгенса пояснює, що коли світло падає на щілину, всі точки її площини стають вторинними джерелами випромінювання хвиль, як це вже пояснювалося раніше, нові хвилі, які в цьому випадку отримують назву дифрагованих хвиль..

Невирішені питання теорії Гюйгенса

Принцип Гюйгенса залишив безліч питань без відповіді. Його твердження, що кожна точка хвильового фронту, у свою чергу, є джерелом нової хвилі, не пояснює, чому світло поширюється і назад, і вперед.

Так само пояснення поняття ефіру не було цілком задовільним і було однією з причин, чому його теорія спочатку не була прийнята..

Відновлення хвильової моделі

Це не було до 19-го століття, коли хвильова модель була відновлена. Це було головним чином завдяки внескам Томаса Янга, який зміг пояснити всі явища світла на основі того, що світло - це поздовжня хвиля.

Зокрема, в 1801 році він зробив свій знаменитий двощелепний експеримент. У цьому експерименті Янг випробовував картину інтерференції у світлі від віддаленого джерела світла, коли він дифрагувався після проходження через дві щілини.

Аналогічно, Янг також пояснював через хвильову модель розсіювання білого світла різними кольорами веселки. Він показав, що в кожному середовищі кожен з кольорів, що складають світло, має характерну частоту і довжину хвилі.

Таким чином, завдяки цьому експерименту він продемонстрував хвильову природу світла.

Цікаво, що з часом цей експеримент виявився ключем до демонстрації подвійності корпускулярної хвилі світла, фундаментальної особливості квантової механіки..

Список літератури

1. Берк, Джон Роберт (1999). Фізика: природа речей. Мехіко: Міжнародні редактори Thomson. 
2. "Крістіан Гюйгенс". Енциклопедія світової біографії. 2004. Encyclopedia.com. (14 грудня 2012 р.).
3. Tipler, Пол Аллен (1994). Фізика 3-е видання. Барселона: Reverté.
4. Принцип розповсюдження хвилі Девіда А. Б. Міллера Гюйгенса виправлено, оптичні літери 16, с. 1370-2 (1991)
5. Принцип Гюйгенса-Френеля (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 1 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.
6. Світло (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 1 квітня 2018 року з en.wikipedia.org.

7. Експеримент Янга (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 1 квітня 2018 року з es.wikipedia.org.