Çfarë është drita? Kjo pyetje e ka interesuar njerëzimin në të gjitha epokat, por vetëm në shekullin e 20-të të epokës sonë u arrit të sqarohej shumë për natyrën e këtij fenomeni. Ky artikull do të fokusohet në teorinë korpuskulare të dritës, avantazhet dhe disavantazhet e saj.
Nga filozofët e lashtë te Christian Huygens dhe Isaac Newton
Disa dëshmi që kanë mbijetuar deri në kohën tonë thonë se njerëzit filluan të interesoheshin për natyrën e dritës në Egjiptin e lashtë dhe Greqinë e lashtë. Në fillim besohej se objektet lëshojnë imazhe të vetvetes. Këto të fundit, duke u futur në syrin e njeriut, krijojnë përshtypjen e dukshmërisë së objekteve.
Më pas, gjatë formimit të mendimit filozofik në Greqi, u shfaq një teori e re e Aristotelit, i cili besonte se çdo person lëshon disa rreze nga sytë, falë të cilave ai mund të "ndiejë" objektet.
Mesjeta nuk solli asnjë qartësi për çështjen në shqyrtim, arritjet e reja erdhën vetëm me Rilindjen dhe revolucionin në shkencë. Në veçanti, në gjysmën e dytë të shekullit të 17-të, u shfaqën dy teori krejtësisht të kundërta, të cilat kërkonin tëtë shpjegojë dukuritë që lidhen me dritën. Po flasim për teorinë valore të Christian Huygens dhe teorinë korpuskulare të Isaac Newton.
Megjithë disa suksese të teorisë së valës, ajo ende kishte një sërë mangësish të rëndësishme:
- besonte se drita përhapej në eter, e cila nuk u zbulua kurrë nga askush;
- natyra tërthore e valëve nënkuptonte që eteri duhej të ishte një medium solid.
Duke marrë parasysh këto mangësi, si dhe duke pasur parasysh autoritetin e madh të Njutonit në atë kohë, teoria e grimcave-korpuskulave u pranua njëzëri në rrethin e shkencëtarëve.
Thelbi i teorisë korpuskulare të dritës
Ideja e Njutonit është sa më e thjeshtë që të jetë e mundur: nëse të gjithë trupat dhe proceset rreth nesh përshkruhen nga ligjet e mekanikës klasike, në të cilat marrin pjesë trupa me masë të kufizuar, atëherë drita është gjithashtu grimca ose trupa të vogla. Ata lëvizin në hapësirë me një shpejtësi të caktuar, nëse hasin një pengesë, reflektohen prej saj. Kjo e fundit, për shembull, shpjegon ekzistencën e një hije në një objekt. Këto ide për dritën zgjatën deri në fillim të shekullit të 19-të, domethënë rreth 150 vjet.
Është interesante të theksohet se Lomonosov përdori teorinë korpuskulare Njutoniane në mesin e shekullit të 18-të për të shpjeguar sjelljen e gazeve, e cila përshkruhet në veprën e tij "Elementet e Kimisë Matematikore". Lomonosov konsideronte se gazi përbëhet nga grimca trupore.
Çfarë shpjegoi teoria e Njutonit?
Idetë e përshkruara rreth dritës u bënënjë hap i madh për të kuptuar natyrën e tij. Teoria e trupave të Njutonit ishte në gjendje të shpjegonte fenomenet e mëposhtme:
- Përhapja drejtvizore e dritës në një mjedis homogjen. Në të vërtetë, nëse asnjë forcë e jashtme nuk vepron mbi një trup drite në lëvizje, atëherë gjendja e saj përshkruhet me sukses nga ligji i parë Njutonian i mekanikës klasike.
- Fenomeni i reflektimit. Duke goditur ndërfaqen midis dy mediave, trupi përjeton një përplasje absolutisht elastike, si rezultat i së cilës moduli i tij i momentit ruhet dhe ai vetë reflektohet në një kënd të barabartë me këndin e incidencës.
- Fenomeni i përthyerjes. Njutoni besonte se duke depërtuar në një mjedis më të dendur nga një medium më pak i dendur (për shembull, nga ajri në ujë), trupi përshpejtohet për shkak të tërheqjes së molekulave të mediumit të dendur. Ky nxitim çon në një ndryshim të trajektores së tij më afër normales, domethënë vërehet një efekt përthyerjeje.
- Ekzistenca e luleve. Krijuesi i teorisë besonte se çdo ngjyrë e vëzhguar korrespondon me trupin e saj "ngjyrë".
Problemet e teorisë së deklaruar dhe kthimi te ideja e Huygens
Ato filluan të shfaqen kur u zbuluan efekte të reja të lidhura me dritën. Ato kryesore janë difraksioni (devijimi nga përhapja drejtvizore e dritës kur një rreze kalon nëpër një çarje) dhe ndërhyrja (dukuri e unazave të Njutonit). Me zbulimin e këtyre vetive të dritës, fizikanët në shekullin e 19-të filluan të kujtojnë punën e Huygens.
Në të njëjtin shekull të 19-të, Faraday dhe Lenz hetuan vetitë e fushave elektrike (magnetike) të alternuara, dheMaxwell kreu llogaritjet përkatëse. Si rezultat, u vërtetua se drita është një valë tërthore elektromagnetike, e cila nuk kërkon eter për ekzistencën e saj, pasi fushat që e formojnë atë gjenerojnë njëra-tjetrën në procesin e përhapjes.
Zbulime të reja në lidhje me dritën dhe idenë e Max Planck
Duket se teoria korpuskulare e Njutonit tashmë është varrosur plotësisht, por në fillim të shekullit të 20-të shfaqen rezultate të reja: rezulton se drita mund të "tërheqë" elektrone nga materia dhe të ushtrojë presion mbi trupat kur ajo bie mbi to. Këto fenomene, të cilave iu shtua një spektër i pakuptueshëm i një trupi të zi, teoria e valës doli të ishte e pafuqishme për t'i shpjeguar.
Zgjidhja u gjet nga Max Planck. Ai sugjeroi që drita ndërvepron me atomet e materies në formën e pjesëve të vogla, të cilat ai i quajti fotone. Energjia e një fotoni mund të përcaktohet me formulën:
E=hv.
Ku v - frekuenca e fotonit, h - konstanta e Plankut. Max Planck, falë kësaj ideje të dritës, hodhi themelet për zhvillimin e mekanikës kuantike.
Duke përdorur idenë e Planck, Albert Einstein shpjegon fenomenin e efektit fotoelektrik në 1905, Niels Bohr - në 1912 jep një arsyetim për spektrat e emetimit dhe absorbimit atomik, dhe Compton - në 1922 zbulon efektin që tani mban emrin e tij. Përveç kësaj, teoria e relativitetit e zhvilluar nga Ajnshtajni shpjegoi rolin e gravitetit në devijimin nga përhapja lineare e një rreze drite.
Kështu, puna e këtyre shkencëtarëve të fillimit të shekullit të 20-të ringjalli idetë e Njutonit rrethdrita në shekullin e 17-të.
Teoria e valëve korpuskulare të dritës
Çfarë është drita? A është një grimcë apo një valë? Gjatë përhapjes së saj, qoftë në një hapësirë të mesme apo pa ajër, drita shfaq vetitë e një valë. Kur merren parasysh ndërveprimet e tij me materien, ajo sillet si një grimcë materiale. Prandaj, aktualisht, në lidhje me dritën, është zakon të flitet për dualizmin e vetive të saj, të cilat përshkruhen brenda kornizës së teorisë së valëve korpuskulare.
Një grimcë drite - një foton nuk ka as ngarkesë dhe as masë në qetësi. Karakteristika e saj kryesore është energjia (ose frekuenca, e cila është e njëjta gjë, nëse i kushtoni vëmendje shprehjes së mësipërme). Një foton është një objekt mekanik kuantik, si çdo grimcë elementare (elektroni, proton, neutron), prandaj ai ka një momentum, sikur të ishte një grimcë, por nuk mund të lokalizohet (përcaktoni koordinatat e sakta), sikur të ishte një valë.
