Einant į galą XVII a., tuomečiai mokslininkai įnirtingai diskutavo apie šviesos prigimtį – dalelės tai ar bangos?

Seras Izaokas Niutonas buvo stiprus teorijos, skelbiančios, kad šviesą sudaro dalelės, – „korpuskulės“ – šalininkas.
Niutonas stengėsi paneigti šviesos, kaip bangų, teoriją, kurią 1637 m. pirmasis iškėlė prancūzų filosofas René Descartesas. Tačiau kai kurie svarbūs Frenelio darbai pakeitė mokslo bendruomenės požiūrį į šviesos prigimtį.

Youngo dvigubo plyšio eksperimentas

1801 m. anglų fizikas Thomasas Youngas atliko garsųjį savo „dviejų plyšelių“ eksperimentą, kuriuo stengėsi išmatuoti bangos ilgį. Youngas eksperimentą suruošė taip, kad vienas Saulės šviesos spindulys patektų į užtemdytą kambarį per mažą langinių skylutę.

Tada šis šviesos spindulys buvo padalinamas į du, jo kelyje padedant kortelę, už kurios kraštų užlinkdama šviesa sukurdavo dvi tarpusavyje interferuojančios šviesos bangos, kurių sąveikos rezultatas matydavosi pastatytame ekrane.

Toks vaizdas galėjo susidaryti tik, jei šviesa yra banga, o išmatavęs eksperimento parametrus, Youngas galėjo nustatyti šviesos bangos ilgį.

Frenelio darbai apie šviesą

Prancūzų fizikas Augustinas Frenelis (Augustin-Jean Fresnel), gimęs 1788 m., padėjo formaliai įtvirtinti Youngo dvigubo plyšio eksperimentu paremtą šviesos kaip bangos teoriją. Frenelis iš pradžių nežinojo apie Youngo rezultatus, bet jo paties eksperimentai su įvairiausiais prietaisais, kuriančiais difrakcijos ir interferencijos žiedus, parodė tokius pat rezultatus.

Frenelis pasinaudojo olandų mokslininko Christiaano Huygenso matematiniu principu dviejų eksperimentų rezultatų paaiškinimui. Hiugenso-Frenelio principas, kaip jis vėliau buvo pavadintas, skelbia, kad kiekvienas šviesos bangos fronto taškas gali būti laikomas antriniu sferinių bangų šaltiniu.

Šis šviesos modelis prognozavo labai įdomų rezultatą. Jeigu lygiagretus šviesos spindulys šviečia į mažą apvalų objektą, apskrito šešėlio centre turi pasirodyti ryški dėmė. Ji beveik tokia ryški, lyg objekto visi nebūtų.

Frenelio teoriją patvirtino prancūzų fizikas François Arago, vėliau šį eksperimentą atlikęs. Frenelis atrado, kad šviesa yra skersinė banga, o ne išilginė banga, kaip manyta anksčiau, ir savo rezultatus pateikė 1817 m.

Šviesos bangų teorija

Šviesos bangos yra elektromagnetinės bangos, susidedančios iš vienas kitam ir sklidimo krypčiai statmenai pulsuojančio elektrinio ir magnetinio lauko.

Šviesos bangos matematiškai modeliuojamos kaip sinusinės bangos, kurių periodas lygus bangos fazės pasikeitimui nuo 0 iki 360 laipsnių. Dvi pagrindinės šviesos charakteristikos yra bangos ilgis ir dažnis.

Bangos ilgis apibūdinamas kaip atstumas tarp bet kurių dviejų identiškų pastovios bangos viršūnių ir dažniausiai žymimas graikiška raide lambda – λ. SI sistemoje atstumas matuojamas metrais, tačiau kadangi regimos šviesos bangų ilgis mažas, juos patogiau matuoti milijardinėmis metro dalimis – nanometrais (nm). Regimosios šviesos bangos ilgiai yra maždaug nuo 390 iki 700 nm

Bangos dažnis parodo, kiek šviesos bangos viršūnių praeina kokį nors tašką per sekundę. Dažnis matuojamas ciklais per sekundę (s⁻¹) arba hercais (Hz) ir dažniausiai žymimas graikiška raide niu – ν. Regimosios šviesos dažnis yra nuo 430 iki 790 trilijonų ciklų per sekundę – terahercų (THz) .

Visų elektromagnetinių bangų sklidimo greitis vakuume lygus 299792458 m/s*. Šviesos greitį (c), bangos ilgį ir dažnį sieja paprasta priklausomybė:

c=λν

Šaltiniai ir tolesnis skaitymas

• Theory of Light – NightLase Technologies
• Young’s Experiment – The Physics Classroom
• Newton’s Theory of Light – The Star Garden
• Reflection, Refraction and Diffraction – The Star Garden

Komentarai (0)