Квантовая теория света
Квантовая теория света

Зарождение основных представлений о физической природе света относится к концу XVII в. и связано с противоборством двух, казалось бы, взаимоисключающих теорий: волновой и корпускулярной. И. Ньютон считал световой поток корпускулярным, т.е. состоящим из частиц. Не смотря на непререкаемый авторитет Ньютона, его современник X. Гюйгенс и, столетие спустя, О-Ж. Френель, Т. Юнг, В. Лейбниц, М. Ломоносов и Б. Франклин склонялись к волновой теории. Интерференция света, обнаруженная Ньютоном (кольца Ньютона) и обоснованная в качестве основы классической оптики только в начале XIX в. в трудах О.-Ж. Френеля и Т. Юнга, также указывала на волновую природу света.

Представления о свете были продолжены и развиты М. Фарадеем в 1845 г. Он установил связь между магнетизмом и светом и показал, что световые и магнитные колебания являются поперечными, причем последние распространяются с конечной скоростью, равной скорости света. Эта зависимость легла в основу электромагнитной теории света. В работах М. Фарадея было введено понятие "магнитного поля" при отсутствии у автора математических методов описываемых явлений. Здесь сыграла роль научная интуиция и базовые физические представления ученого, а математическая взаимосвязь между магнетизмом и оптикой была установлена в 1864 г. Д.-К. Максвеллом.

Развивая идею М. Фарадея, Д.-К. Максвелл сформулировал знаменитые уравнения, которые определяли математическую теорию электромагнитного поля и объяснили все известные явления электромагнетизма. Используя свои уравнения, Д.-К. Максвелл пришел к выводу, что в пустоте электромагнитное поле распространяется с той же скоростью, что и свет, что является подтверждением электромагнитной теории света. Была доказана единая природа световых и электромагнитных волн, а именно подчинение законам отражения, преломления, интерференции и поляризации. Теория электромагнитных волн Д.-К. Максвелла, называемая иногда "электромагнитной картиной мира", при жизни автора не имела всеобщего признания. Эксперименты Г. Герца 1880-х гг. и выдающегося русского физика П.Н. Лебедева сыграли решающую роль в подтверждении этой теории. Они показали, что радиоволны подчиняются всем законам геометрической оптики, включая рефракцию и поляризацию. Опыты Г. Герца легли в основу создания беспроводной связи - телеграфа, телефона, радио и телевидения. Не удивительно, что первое сообщение, переданное в 1886 г. по телеграфу создателем радио А. Поповым, стало "Генрих Герц".

В 1900 г. М. Планк высказал предположение о квантовой природе света, которое возникло при изучении классической проблемы излучения "черного тела". Исследование инфракрасного излучения (ИК), открытого в 1800 г. В. Гершелем, нашло подтверждение в теории М. Планка. Формула М. Планка связала интенсивность теплового излучения с длиной волны при различных температурах нагрева вещества.

Теория квантов М. Планка совершила подлинную революцию в физике. Она стала основой для атомной теории, поскольку в 1913 г. Н. Бор применил ее к строению атома, а также объяснила движение электронов в твердых телах и дала начало квантовой физике. Было доказано, что вещество излучает или поглощает энергию конечными порциями (квантами), пропорциональными излучаемой или поглощаемой частоте. Энергия одного кванта E=h v, где v - частота излучения, a h - универсальная константа, названная постоянной М. Планка. За открытие кванта М. Планк стал лауреатом Нобелевской премии по физике в 1918 г.

Квантовая теория вновь обострила противоречия, связанные с природой света. В 1923 г. Л. де Бройль выдвинул и обосновал гипотезу об универсальности дуализма в микромире. Он распространил идею А. Эйнштейна, высказанную в 1905 г., о двойственности природы света и вещества, т.е. каждой частице материи, в частности, электрону, должна соответствовать волна. Воспользовавшись теорий относительности, де Бройль вывел формулу, связывающую длину волны движущейся частицы с ее импульсом: Х= h/P, где h - постоянная М. Планка. За открытие волновой природы электронов де Бройль был удостоен Нобелевской премии по физике, а его теория легла в основу волновой механики. Открытие дифракционных (волновых) свойств микрочастиц привели к разработке новых методов исследования структуры веществ, в частности электронно-оптических методов.

Развитие квантовой механики, изучающей движение и взаимодействие электронов в атоме с учетом их волновых свойств, показало невозможность использования для описания этих процессов законов классической механики и электродинамики. Проблема была решена усилиями австрийского физика Э. Шрёдингера и немецкого физика В.-К. Гейзенберга. Э. Шрёдингер опубликовал в 1926 г. знаменитое квантово - механическое уравнение, ставшее основным уравнением квантовой механики и доказал фактическую тождественность волновой и матричной механики В.-К. Гейзенберга.

Квантовую механику, по определению швейцарского физика В. Паули, называют "теорией дополнительности", поскольку квантовый объект может быть и частицей, и волной, но никогда ни тем, ни другим одновременно. Результаты исследований, полученные в том или ином случае, не исключают, а дополняют друг друга. Это кажется парадоксом, о котором его первооткрыватель, гениальный А. Эйнштейн в конце жизни сказал следующее: "В наши дни каждый студент думает, что ему это понятно. Но он ошибается". Принцип квантовой теории лег в основу теории вероятностей, широко распространившейся в науке XX в.

 
Интересная статья? Поделись ей с другими:

Кто на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 152 гостей 

Поиск по сайту

Новое о "Челюскин"

О. Шмидт – Арктика.

Полярный поход парохода "Челюскин" 1933/34 года привлек благодаря своей особой судьбе внимание многих миллионов. Эта...

О. Шмидт - Советская работа в Арктике.

Пользуясь лучшими достижениями международной науки, советские исследователи совершенно по-новому поставили задачу овладения Арктикой. Они ввели...

О. Шмидт - О «Челюскин».

В 1933 году было решено повторить поход "Сибирякова" - вновь выйти для сквозного прохода Северным...

О. Шмидт - Состав экспедиции и команды парохода «Челюскин».

Подбор людей - важнейшая часть организации любого дела. Особенно это относится к экспедициям, в которых...

О. Шмидт - Переход. Ленинград - Копенгаген – Мурманск.

Переход до Мурманска конечно не является экспедиционным плаванием, но для нас он имел тогда существенное...

О. Шмидт - Мурманск - мыс Челюскин.

В этой статье мы не будем касаться подробностей плавания, которые с навигационной стороны освещены в...

О. Шмидт - Море Лаптевых и Восточносибирское.

Первая половина нашего пути заканчивалась у мыса Челюскина. Она прошла очень трудно. Что нас ждет впереди,...

О. Шмидт - Колючинская губа.

От мыса Северного "Челюскин" шел уже девяти-десятибалльным льдом, т.е. льдом, покрывавшим от 90 до 100...

О. Шмидт - Берингов пролив.

Дрейф кружил наш пароход. Несколько раз мы проносились мимо мыса Сердце-Камень и снова отодвигались назад...

О. Шмидт - Зимовка.

"Литке" ушел. И все же мы еще не знали наверное, зазимуем мы или нет. Ветер...

О. Шмидт - На льдине.

13 февраля сильное сжатие прошло через место стоянки парохода, и "Челюскин" затонул на 68° северной...

О. Шмидт – Итоги экспедиции «Челюскин».

"Челюскин" не вышел в Тихий океан, а погиб, раздавленный льдами. Тем не менее проход до...

Новое по мировой истории

Масленица - история и традиции

Масленица - история и традиции

Масленица – один из немногих языческих праздников сохранившихся после принятия...

Разрушительные стихии над Европой в начале XXI века

Разрушительные стихии над Европой в начале XXI века

Ранее считалось, что стихийные бедствия, происходящие на земле, имеют исключительно...

Иштван I

Иштван I

В 973 году правитель Венгрии, князь Геза, отправил к германскому...

Великий поход Мао Цзэдуна

Льстивая пропаганда не скупилась для своего вождя на хвалебные эпитеты:...

Местное управление в России XVII века

Местное управление в России XVII века

По сравнению с центральным местное управление имело более сложную структуру....

Приказы в России XVII века

Приказы в России XVII века

Центральное управление осуществляли приказы (общегосударственные, дворцовые,...

Состав Думы в России XVII века

Состав Думы в России XVII века

Члены Думы, являясь советниками царя по вопросам законодательства, и сами...

Боярская дума и характер законотворческой деятельности в России XVII века…

Боярская дума и характер законотворческой деятельности в России XVII века

В правление царя Алексея Михайловича система государственного управления, формировавшаяся с...

Приказная система управления в России XVII века в оценке историков

Приказная система управления в России XVII века в оценке историков

Оценка историками сложившейся к концу XVII в. системы управления, прежде...

Преемственность двух эпох

Преемственность двух эпох

Начиная с работ Г.Ф. Миллера, в исторической науке утвердился взгляд...

  • esche_Lena.jpg
  • fig_1.jpg
  • lager_SHmidta.jpg
  • Cheluskin_otplytie_iz_Leningrada.jpg
  • Stroitelstvo_Cheliuskin(Lena).jpg
  • photo.jpg
  • Cheluskin_vo_ldah_1.jpg
  • fig_2.jpg
  • 135.jpg
  • Cheluskin_vo_ldah_2.jpg