Apa itu cahaya? Pertanyaan ini telah menarik minat umat manusia di segala usia, tetapi hanya pada abad ke-20 di era kita ini mungkin untuk mengklarifikasi banyak tentang sifat dari fenomena ini. Artikel ini akan fokus pada teori sel cahaya, kelebihan dan kekurangannya.
Dari filsuf kuno hingga Christian Huygens dan Isaac Newton
Beberapa bukti yang bertahan hingga zaman kita mengatakan bahwa orang mulai tertarik pada sifat cahaya di Mesir kuno dan Yunani kuno. Pada awalnya diyakini bahwa objek memancarkan gambar diri mereka sendiri. Yang terakhir, masuk ke mata manusia, menciptakan kesan visibilitas objek.
Kemudian, selama pembentukan pemikiran filosofis di Yunani, sebuah teori baru Aristoteles muncul, yang percaya bahwa setiap orang memancarkan sinar dari mata, berkat itu ia dapat "merasakan" objek.
Abad Pertengahan tidak memberikan kejelasan pada masalah yang sedang dipertimbangkan, pencapaian baru hanya datang dengan Renaisans dan revolusi dalam sains. Secara khusus, pada paruh kedua abad ke-17, dua teori yang sepenuhnya berlawanan muncul, yang berusaha untukmenjelaskan fenomena yang berhubungan dengan cahaya. Kita berbicara tentang teori gelombang Christian Huygens dan teori sel tubuh Isaac Newton.
Meskipun teori gelombang berhasil, teori ini masih memiliki sejumlah kekurangan penting:
- percaya bahwa cahaya merambat di eter, yang tidak pernah ditemukan oleh siapa pun;
- sifat gelombang yang transversal berarti eter harus berupa medium padat.
Mempertimbangkan kekurangan ini, dan juga mengingat otoritas besar Newton pada waktu itu, teori partikel-sel darah diterima dengan suara bulat di kalangan ilmuwan.
Inti dari teori sel cahaya
Gagasan Newton sesederhana mungkin: jika semua benda dan proses di sekitar kita dijelaskan oleh hukum mekanika klasik, di mana benda bermassa terbatas berpartisipasi, maka cahaya juga merupakan partikel kecil atau sel darah. Mereka bergerak di ruang angkasa dengan kecepatan tertentu, jika mereka bertemu rintangan, mereka dipantulkan darinya. Yang terakhir, misalnya, menjelaskan keberadaan bayangan pada suatu objek. Gagasan tentang cahaya ini bertahan hingga awal abad ke-19, yaitu sekitar 150 tahun.
Menarik untuk dicatat bahwa Lomonosov menggunakan teori sel darah Newton pada pertengahan abad ke-18 untuk menjelaskan perilaku gas, yang dijelaskan dalam karyanya "Elements of Mathematical Chemistry". Lomonosov menganggap gas terdiri dari partikel sel darah.
Apa yang dijelaskan oleh teori Newton?
Gagasan yang diuraikan tentang cahaya dibuatlangkah besar dalam memahami sifatnya. Teori sel darah Newton mampu menjelaskan fenomena berikut:
- Perambatan cahaya bujursangkar dalam medium homogen. Memang, jika tidak ada gaya luar yang bekerja pada sel cahaya yang bergerak, maka keadaannya berhasil dijelaskan oleh hukum mekanika klasik Newton pertama.
- Fenomena refleksi. Menabrak antarmuka antara dua media, sel darah mengalami tumbukan yang benar-benar elastis, sebagai akibatnya modulus momentumnya dipertahankan, dan sel itu sendiri dipantulkan pada sudut yang sama dengan sudut datang.
- Fenomena pembiasan. Newton percaya bahwa menembus ke dalam media yang lebih padat dari yang kurang padat (misalnya, dari udara ke dalam air), sel darah berakselerasi karena daya tarik molekul-molekul medium padat. Percepatan ini menyebabkan perubahan lintasannya lebih dekat ke normal, yaitu, efek pembiasan diamati.
- Keberadaan bunga. Pencipta teori percaya bahwa setiap warna yang diamati sesuai dengan "warna" sel darahnya sendiri.
Masalah teori yang dinyatakan dan kembali ke ide Huygens
Mereka mulai muncul ketika efek terkait cahaya baru ditemukan. Yang utama adalah difraksi (penyimpangan dari perambatan cahaya bujursangkar ketika berkas melewati celah) dan interferensi (fenomena cincin Newton). Dengan ditemukannya sifat-sifat cahaya ini, fisikawan pada abad ke-19 mulai mengingat kembali karya Huygens.
Pada abad ke-19 yang sama, Faraday dan Lenz menyelidiki sifat medan listrik (magnet) bolak-balik, danMaxwell melakukan perhitungan yang sesuai. Hasilnya, terbukti bahwa cahaya adalah gelombang transversal elektromagnetik, yang keberadaannya tidak memerlukan eter, karena medan yang membentuknya saling menghasilkan dalam proses propagasi.
Penemuan baru terkait cahaya dan ide Max Planck
Tampaknya teori sel-sel Newton telah sepenuhnya terkubur, tetapi pada awal abad ke-20 hasil baru muncul: ternyata cahaya dapat "menarik" elektron dari materi dan memberikan tekanan pada benda ketika itu jatuh pada mereka. Fenomena ini, di mana spektrum benda hitam yang tidak dapat dipahami ditambahkan, teori gelombang ternyata tidak dapat dijelaskan.
Solusi ditemukan oleh Max Planck. Dia menyarankan bahwa cahaya berinteraksi dengan atom-atom materi dalam bentuk bagian-bagian kecil, yang dia sebut foton. Energi foton dapat ditentukan dengan rumus:
E=hv.
Di mana v - frekuensi foton, h - konstanta Planck. Max Planck, berkat gagasan cahaya ini, meletakkan dasar bagi pengembangan mekanika kuantum.
Menggunakan ide Planck, Albert Einstein menjelaskan fenomena efek fotolistrik pada tahun 1905, Niels Bohr - pada tahun 1912 memberikan alasan untuk emisi atom dan spektrum penyerapan, dan Compton - pada tahun 1922 menemukan efek yang sekarang menyandang namanya. Selain itu, teori relativitas yang dikembangkan oleh Einstein menjelaskan peran gravitasi dalam penyimpangan dari perambatan linier seberkas cahaya.
Dengan demikian, karya para ilmuwan awal abad ke-20 ini menghidupkan kembali gagasan Newton tentangcahaya di abad ke-17.
Teori gelombang sel cahaya
Apa itu cahaya? Apakah itu partikel atau gelombang? Selama perambatannya, baik dalam medium atau di ruang hampa udara, cahaya menunjukkan sifat-sifat gelombang. Ketika interaksinya dengan materi dipertimbangkan, ia berperilaku seperti partikel material. Oleh karena itu, saat ini, sehubungan dengan cahaya, adalah kebiasaan untuk berbicara tentang dualisme sifat-sifatnya, yang dijelaskan dalam kerangka teori gelombang sel.
Partikel cahaya - sebuah foton tidak memiliki muatan maupun massa dalam keadaan diam. Karakteristik utamanya adalah energi (atau frekuensi, yang merupakan hal yang sama, jika Anda memperhatikan ekspresi di atas). Foton adalah objek mekanika kuantum, seperti partikel elementer lainnya (elektron, proton, neutron), oleh karena itu ia memiliki momentum, seolah-olah itu adalah partikel, tetapi tidak dapat dilokalisasi (menentukan koordinat yang tepat), seolah-olah itu adalah gelombang.
