СВЕТ

СВЕТ

зрительное ощущение, возникающее в глазу, и видимое излучение, вызывающее такое ощущение. Это как бы две стороны одного явления - субъективная и физическая. Первой посвящена статья
ГЛАЗ,
а второй - статьи
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ;
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ;
ОПТИКА;
ФИЗИКА.
Ниже дается краткий очерк истории развития представлений о природе света. (Эти представления столь важны для всего хода развития физики, что для полного изложения данного вопроса пришлось бы, пожалуй, написать историю физики.) Ранние представления. О том, что такие представления, дошедшие до нас из древних времен, возникли на очень ранней стадии развития человечества, свидетельствуют как их примитивность, так и их разнообразие. От греков, а также индусов дошли утверждения о том, что зрение есть нечто исходящее из глаза и как бы ощупывающее предметы, но также и другие теории, согласно которым свет представляет собой поток вещества, исходящий от видимого предмета. Среди этих гипотез ближе всего к современным представлениям точка зрения Демокрита из Абдеры (5 в. до н.э.). Он учил, что свет - это поток частиц, обладающих определенными физическими свойствами, к которым не относится цвет (ощущение цвета возникает уже как следствие вхождения в глаз света). Он писал: "Сладость существует как условность, горечь - как условность, цвет - как условность; в реальности существуют лишь атомы и пустота". Позднее платоники дали весьма сложное объяснение сущности зрения, основанное на гипотезе о трех потоках частиц, исходящих из Солнца, предмета и глаза, сливающихся воедино и возвращающихся в глаз. Положительным в этой теории было то, что признавалась необходимость источника света; однако она не привела ни к каким значительным научным выводам, и, по-видимому, новых идей не возникало до 11 в., когда знаменитый арабский ученый Альхазен (аль-Хасан), теории которого лежат в основе современных представлений об устройстве и функциях глаза, вернулся к мысли, что источником света служит светящийся предмет. В средние века с возрождением наук в Европе пришло понимание того, что правильно объяснить физическое явление можно, лишь полностью изучив происходящее, и этот новый дух науки вызвал особый интерес к оптическим экспериментам. Одновременно с изобретением очков, микроскопа и телескопа в эти же века ученые, такие, как Р. Бэкон, Леонардо да Винчи, Й. Кеплер, Г.Галилей и Р.Декарт, пытались понять физические законы, описывающие истинную природу света. По-видимому, все, кроме Декарта, придерживались эмиссионной теории Альхазена. Декарту же мы обязаны понятием "светоносного эфира" (1637) - бесконечно упругой среды, заполняющей все пространство и передающей свет как некое давление. В начале 20 в. эта концепция была оставлена, но лишь после сотни лет интенсивной разработки, в течение которых она порождала весьма глубокие и долгоживущие гипотезы.
Опыты Ньютона. В 1666 приступил к экспериментальному изучению природы цвета И.Ньютон. Его выводы, представленные в ряде сообщений Королевскому обществу, произвели глубокое впечатление на научные круги Европы, опровергнув ряд хитроумных гипотез и впервые четко обозначив те фундаментальные вопросы, на которые следовало ответить. В итоге Ньютон создал теорию цвета в том виде, в каком она существует по сей день. Согласно его теории, белый свет есть смесь всех цветов, а предметы кажутся цветными, поскольку отражают в глаз наблюдателя одни компоненты белого цвета более интенсивно, нежели другие. Все это, как и множество других идей, было не просто изложено, но и подтверждено многочисленными искусными и точными экспериментами, результаты которых предвосхищали и отметали все возможные возражения. Даже сегодня серьезное изучение проблем цвета лучше всего начинать с внимательного прочтения "Оптики" Ньютона, впервые опубликованной в 1704; своими общими научными замечаниями особенно интересно ее 4-е издание (1728). Однако для понимания природы света полученные Ньютоном экспериментальные результаты мало что давали, и здесь он оказался не столь удачлив. Он отверг предположения таких ученых, как Гук и Гюйгенс, основанные на более ранних догадках Декарта о том, что свет представляет собой некие возмущения типа волн (точнее, последовательности импульсов) в светоносном эфире. Между тем эта теория была способна хотя бы качественно объяснить явления интерференции и дифракции света. Ньютон же ошибочно полагал, что ей противоречат явление поляризации света и то обстоятельство, что непрозрачные предметы отбрасывают резкие тени. Его собственная гипотеза состояла в том, что свет - это поток частиц; он вообще не находил объяснения явлению поляризации, а явление интерференции (которое одним из первых начал экспериментально изучать) туманно объяснял "трудным и легким преломлением". Огромный авторитет Ньютона обеспечил господство этих взглядов на протяжении многих лет после его кончины.
Волновая теория. Лишь в начале 19 в. Т.Юнг в Англии и О.Френель во Франции создали детальную волновую теорию света, способную ответить на возражения Ньютона, а также просто и убедительно объяснить почти все известные в то время оптические явления. Математическая волновая теория Френеля и его последователей лежит в основе современной теоретической оптики, хотя и представляет собой просто теорию волнового движения. Она не нуждается в гипотезах относительно того, в какой среде происходит движение. Однако физика на протяжении всего 19 в. пыталась найти ответ на этот вопрос. Но при разработке чисто механической теории распространения волн в эфире возникла трудность: для объяснения поляризации света требовалось, чтобы световые волны были поперечными (подобно волнам, бегущим по веревке). Всякая среда, в которой могут распространяться поперечные колебания, должна обладать определенной жесткостью; это требование не удавалось согласовать со свойствами пустого пространства. Огромные усилия в этом направлении, в том числе использование самых мощных из существовавших тогда методов математического анализа, оказались тщетными. Всякая объединенная модель эфира, света и атомов, в которой эфир не оказывал бы воздействия на поведение атомов, давала следствия, которые опровергались экспериментом.
Максвелл. У истоков другого пути поисков природы света лежало открытие Дж.Максвелла, сделанное в 1861 и состоявшее в том, что световые явления связаны с электричеством и магнетизмом. Поначалу эфир рассматривался Максвеллом как сложная механическая система, действие которой проявляется в электрических и магнитных силах, но подчиняется законам механики. На основе уравнений, описывающих этот механизм, Максвелл установил возможность существования электромагнитного поля, способного отделяться от порождающих его зарядов и токов и уже независимо от них распространяться в пространстве с постоянной скоростью 310 745 км/с. Хотя Максвелл не занимался непосредственно построением теории света, совпадение этого числа с величиной скорости света, среднее значение которой по имевшимся тогда данным составляло 311 215 км/с, показалось ему крайне удивительным. (Результаты современных измерений дают 299 792 км/с, что согласуется с расчетами на основе уравнений Максвелла.) 10 декабря 1861 он писал своему другу У.Томсону (впоследствии лорду Кельвину): "Я составлял и решал уравнения, даже не подозревая, что скорость распространения магнитных эффектов может быть близка к скорости света, а потому, думаю, у меня есть основания полагать, что магнитная и светоносная среды идентичны". Однако самой большой заслугой Максвелла было, пожалуй, то, что он сразу же понял: механическая модель не очень существенна для сделанных выводов. В его более поздней работе эти выводы представлены в их современном виде как соотношения между электрическими и магнитными величинами, остающиеся верными независимо от механического объяснения. Г.Герц показал на опыте, что теория Максвелла количественно верна при описании процессов испускания, распространения и поглощения излучения. Эти открытия сделали задачу сторонников эфира еще более сложной, т.к. теперь им следовало дать объяснение не только явлению света, но и электромагнитным явлениям.
См. также ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ.
Квантовая теория. Теория относительности Эйнштейна появилась в 1905 и в удивительно короткий срок, учитывая ее радикальный характер, завоевала всеобщее признание. Отчасти это произошло потому, что теория относительности, благодаря глубокой связи с экспериментальными фактами, продемонстрировала, что теорию эфира следует отбросить. Хотя теория Эйнштейна и не давала ответа на фундаментальный вопрос, каким образом распространяется свет, оставляя проблему почти в том же виде, как и во времена Юнга и Френеля, она выбила почву из-под разного рода теорий эфира, доказав, что для данного вопроса нет механистического решения.
См. также ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ. Когда теория эфира вступала в свою последнюю фазу, столь же фундаментальное и плодотворное замешательство возникло в другой области физики. Еще в 1887 в ходе экспериментальной проверки теории Максвелла Герц был озадачен явлением фотоэффекта (испусканием отрицательных электрических зарядов с поверхности металла под действием света). К 1902 стало очевидно, что теория Максвелла совершенно неверно предсказывает число и энергию электронов, испускаемых при фотоэффекте. Опираясь на высказанную ранее Планком идею, Эйнштейн в 1905 предложил очень простое объяснение фотоэффекта: свет падает на поверхность металла в виде потока частиц (возрождение представлений Ньютона), энергия которых пропорциональна частоте света, и каждая из них выбивает с поверхности один электрон. Пропорциональность энергии частоте записывается в виде E = hn, где E - энергия, n - частота падающего света, а h - универсальный коэффициент пропорциональности, называемый постоянной Планка. Существование дискретных порций энергии, названных квантами, а позднее фотонами, было экспериментально подтверждено в последующее десятилетие. Предложенное Эйнштейном соотношение выполнялось с высокой точностью и нашло свое место в квантовой теории, когда ее впервые применил к строению атома Н.Бор (1912).
См. также
КОМПТОНА ЭФФЕКТ;
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ;
КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА. Однако долгое время физический смысл гипотезы Эйнштейна оставался неясным. Очевидно, что говорить о длине волны как о характеристике механической частицы означало бы смешивать электромагнитные и механические свойства, как это было в 19 в. Очевидно также, что интерференцию света от двух щелей невозможно объяснить каким-либо взаимодействием частиц, поскольку частица должна пройти либо через одну, либо через другую щель, и влиять на ее движение обе щели не могут. Эти и многие подобные вопросы почти 20 лет тревожили сторонников квантовой теории, вздохнувших с облегчением лишь с появлением в 1925 ее современного варианта. Решение было простым, изящным и полностью согласовалось с экспериментом: свет представляет собой волну, но не механическую, пока не происходит обмен энергией с веществом. Переход энергии от света к веществу или от вещества к свету подчиняется соотношению E = hn. Данное соотношение является математическим следствием теории, которая предсказывает, что то же самое справедливо для волны любой природы, например звуковой. В обыденном же опыте дискретность испускания и поглощения энергии не обнаруживается по той причине, что энергия квантов, как правило, мала и лишь поток большого их числа может вызвать зрительное ощущение. (Например, нормальный человеческий глаз, полностью адаптированный к темноте, едва воспринимает освещенность, соответствующую попаданию в глаз примерно 60 фотонов в секунду, а обычные уровни освещенности во много тысяч раз больше.) В то же время фотоэффект и комптон-эффект, которые отражают воздействие отдельных фотонов, а также поглощение звука в кристаллах (соответствующие кванты называют фононами), хорошо известны в физике твердого тела. В настоящее время состояние теории света можно считать удовлетворительным в том смысле, что не осталось значительного объема необъясненной экспериментальной информации. Однако, как видно из истории развития представлений о природе света, нельзя уверенно предсказать судьбу физической гипотезы.
ЛИТЕРАТУРА
Ландсберг Г.С. Оптика. М., 1976 Брилл Т. Свет: Воздействие на произведения искусства. М., 1982 Апресян Л.А., Кравцов Ю.А. Теория переноса излучения. М., 1983

Энциклопедия Кольера. — Открытое общество. 2000.

Синонимы:

Антонимы:

Смотреть что такое "СВЕТ" в других словарях:

  • СВЕТ — (1) СВЕТ (1) света, м. 1. только ед. Лучистая энергия, воспринимаемая глазом и делающая окружающий мир доступным зрению, видимым. Интерференция света. Преломление света. Потоки света. Скорость света равна 300.000 км в секунду. Лечение синим… …   Толковый словарь Ушакова

  • СВЕТ — (1) СВЕТ (1) света, м. 1. только ед. Лучистая энергия, воспринимаемая глазом и делающая окружающий мир доступным зрению, видимым. Интерференция света. Преломление света. Потоки света. Скорость света равна 300.000 км в секунду. Лечение синим… …   Толковый словарь Ушакова

  • СВЕТ — муж. состоянье, противное тьме, темноте, мраку, потемкам, что дает способ видеть; иные свет принимают за сотрясение малейших частиц вещества, другие за особое, тончайшее вещество, разливаемое всюду солнцем и огнем. Свет прямой, самосвет, от… …   Толковый словарь Даля

  • свет — [энергия] сущ., м., употр. наиб. часто Морфология: (нет) чего? света и свету, чему? свету, (вижу) что? свет, чем? светом, о чём? о свете и на свету   искусственное и естественное освещение 1. Светом называют лучистую энергию, которая делает… …   Толковый словарь Дмитриева

  • свет — См. огонь, сияние без году неделю на свете живет, белый свет, бранить на чем свет стоит, выводить на свет божий, каких свет не производил, мыкать(ся) по свету, на край света, на чем свет стоит, не жилец на свете, невзвидеть света, ни за что на… …   Словарь синонимов

  • свет — СВЕТ, а ( у), муж. 1. Лучистая энергия, делающая окружающий мир видимым; электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемых глазом. Солнечный с. Электрический с. С. от фонаря. С. правды (перен.). Лицо осветилось внутренним светом (перен.:… …   Толковый словарь Ожегова

  • свет — 1. СВЕТ, а ( у), предл. в свете, на свету; м. 1. Лучистая энергия (электромагнитные колебания в определённом диапазоне волн), воспринимаемая глазом и делающая видимым окружающий мир. Солнечный с. Дневной с. С. луны. С. свечи. Луч света. Скорость… …   Энциклопедический словарь

  • Свет — Государство * Армия * Война * Выборы * Демократия * Завоевание * Закон * Политика * Преступление * Приказ * Революция * Свобода * Флот Власть * Администрация * Аристократия …   Сводная энциклопедия афоризмов

  • СВЕТ — СВЕТ, часть общего ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО СПЕКТРА, которую может воспринимать человеческий глаз. Диапазон длины волны видимого света от 400 нм (фиолетовый) до 770 нм (красный). Скорость (символ с), с которой ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, включая свет,… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • СВЕТ — СВЕТ, вид лучистой энергии, воспринимаемой человеческим глазом. По шкале длин волн лучистой энергии видимый участок спектра простирается от 0,4 ju до 0,75 // (см. Лучистая энергия, Сеетоощущениё). Часто термину свет придают более широкое… …   Большая медицинская энциклопедия

  • свет — 1, а и у, предл. п. в св ете, на свет у (к свет ить, освещ ение) …   Русский орфографический словарь

Книги

  • Свет, Китинг Кейди. Там, где есть Любовь, вы всегда найдете Свет! Эта потрясающая по своей энергетике книга написана двадцатью двумя всемирно известными светилами в области развития личности и духовной… Подробнее  Купить за 350 руб
  • Свет, Китинг К.. Там, где есть Любовь, вы всегда найдете Свет! Эта потрясающая по своей энергетике книга написана двадцатью двумя всемирно известными светилами в области развития личности и духовной… Подробнее  Купить за 330 руб
  • Свет, Китинг К.. Там, где есть Любовь, вы всегда найдете Свет! Эта потрясающая по своей энергетике книга написана двадцатью двумя всемирно известными светилами в области развития личности и духовной… Подробнее  Купить за 300 руб
Другие книги по запросу «СВЕТ» >>


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»