Волновая теория света Гюйгенса

 волновая теория света Гюйгенс определял свет как волну, подобную звуку или механическим волнам, возникающим в воде. С другой стороны, Ньютон утверждал, что свет был сформирован материальными частицами, к которым он назвал корпускулы.

Свет всегда вызывал интерес и любопытство человека. Таким образом, с самого начала одной из фундаментальных проблем физики было раскрытие тайн света..

По этим причинам на протяжении всей истории науки существовали разные теории, призванные объяснить их истинную природу..

Однако только в конце 17-го и начале 18-го века, с теориями Исаака Ньютона и Христиана Гюйгенса, начали закладываться основы для более глубокого познания света..

Принципы волновой теории света Гюйгенса

В 1678 году Кристиан Гюйгенс сформулировал свою волновую теорию света, которую позже, в 1690 году, опубликовал в своей работе «Трактат о свете».. 

Голландский физик предположил, что свет излучается во всех направлениях как набор волн, движущихся через среду, которую он назвал эфиром. Поскольку гравитация не влияет на волны, предполагалось, что скорость волн уменьшалась, когда они входили в более плотную среду.

Его модель оказалась особенно полезной при объяснении закона отражения и преломления Снелла-Декарта. Он также удовлетворительно объяснил явление дифракции.

Его теория основывалась в основном на двух понятиях:

а) Источники света излучают волны сферической формы, похожие на волны, возникающие на поверхности воды. Таким образом, световые лучи определяются линиями, направление которых перпендикулярно поверхности волны..

б) Каждая точка волны, в свою очередь, является новым центром излучателя вторичных волн, которые излучаются с той же частотой и скоростью, что и первичные волны. Бесконечность вторичных волн не воспринимается, так что волна, возникающая от этих вторичных волн, является ее оболочкой.

Однако волновая теория Гюйгенса не была принята учеными его времени, за исключением нескольких исключений, таких как Роберт Гук..

Огромный престиж Ньютона и огромный успех, который достиг его механики, а также проблемы, связанные с пониманием концепции эфира, сделали большинство современных ученых тем, кто предпочел корпускулярную теорию английского физика..

отражение

Отражение - это оптическое явление, которое имеет место, когда волна падает косо на поверхность разделения между двумя средами и претерпевает изменение направления, возвращаясь в первую среду вместе с частью энергии движения..

Законы отражения следующие:

Первый закон

Отраженный луч, падающий и нормальный (или перпендикулярный), расположены в одной плоскости.

Второй закон

Значение угла падения точно такое же, как у угла отражения.

Принцип Гюйгенса позволяет продемонстрировать законы отражения. Проверено, что когда волна достигает разделения сред, каждая точка становится новым источником излучения, излучающим вторичные волны. Фронт отраженной волны является оболочкой вторичных волн. Угол этого отраженного фронта вторичной волны в точности совпадает с углом падения.

преломление

Однако рефракция - это явление, которое возникает, когда волна падает косо в промежутке между двумя средами, которые имеют различный показатель преломления..

Когда это происходит, волна проникает и передается второй средой вместе с частью энергии движения. Преломление происходит как следствие различной скорости распространения волн в разных средах..

Принцип Гюйгенса дал убедительное объяснение рефракции. Точки на волновом фронте, расположенные на границе между двумя средами, действуют как новые источники распространения света, и, следовательно, направление распространения изменяется..

дифракция

Дифракция - это физическое явление, характерное для волн (оно встречается во всех типах волн), которое состоит из отклонения волн, когда они находят препятствие на своем пути или проходят через щель.

Следует иметь в виду, что дифракция возникает только тогда, когда волна искажается из-за препятствия, размеры которого сопоставимы с его длиной волны..

Теория Гюйгенса объясняет, что когда свет падает на щель, все точки его плоскости становятся вторичными источниками излучающих волн, как это уже объяснялось ранее, новых волн, которые в этом случае получают название дифрагированных волн..

Оставшиеся без ответа вопросы теории Гюйгенса

Принцип Гюйгенса оставил ряд вопросов без ответа. Его утверждение о том, что каждая точка волнового фронта, в свою очередь, является источником новой волны, не объясняет, почему свет распространяется как назад, так и вперед..

Точно так же объяснение концепции эфира не было полностью удовлетворительным и было одной из причин, почему его теория изначально не была принята..

Восстановление волновой модели

Только в 19 веке, когда волновая модель была восстановлена. Во многом благодаря вкладу Томаса Янга, который смог объяснить все явления света на том основании, что свет - это продольная волна.

В частности, в 1801 году он провел свой знаменитый эксперимент с двумя щелями. В этом эксперименте Юнг проверил схему интерференции света от удаленного источника света, когда он дифрагировал после прохождения через две щели.

Точно так же Юнг также объяснил через волновую модель рассеивание белого света в различных цветах радуги. Он показал, что в каждой среде каждый из цветов, составляющих свет, имеет характерную частоту и длину волны.

Таким образом, благодаря этому эксперименту он продемонстрировал волновую природу света.

Интересно, что со временем этот эксперимент оказался ключом к демонстрации корпускулярной волны света, фундаментальной особенности квантовой механики..

ссылки

1. Берк, Джон Роберт (1999). Физика: природа вещей. Мехико: международные редакторы Thomson. 
2. «Христиан Гюйгенс». Энциклопедия мировой биографии. 2004. Encyclopedia.com. (14 декабря 2012 г.).
3. Типлер, Пол Аллен (1994). Физика. 3-е издание. Барселона: Реверте.
4. Исправлен принцип распространения волн Дэвида А. Б. Миллера Гайгенса, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Принцип Гюйгенса-Френеля (н.д.). В википедии. Получено 1 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
6. Свет (н.д.) В википедии. Получено 1 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.

7. Эксперимент Юнга (н.д.). В википедии. Получено 1 апреля 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.