§ 55 Развитие представлений о природе света
В начале XIX века, после множества опытов, было окончательно подтверждено: свет обладает волновой природой. Тогда считалось, что свет подобен звуковым волнам — то есть является механической волной. Но возникла трудность: механическим волнам требуется среда. Чтобы объяснить, как свет распространяется сквозь пустое пространство, учёные ввели гипотетическую среду — светоносный эфир, якобы заполняющий всю Вселенную.
Однако идея эфира порождала противоречия. Свет — поперечная волна, а такие волны, как известно, свойственны только твёрдым телам. Получалось, что эфир должен быть одновременно абсолютно твёрдым и совершенно невесомым, что физически невозможно.
Во второй половине XIX века Джеймс Клерк Максвелл создал теорию электромагнитного поля и показал, что свет — это электромагнитная волна, которая способна распространяться даже в полном вакууме. Это открытие сделало эфир излишним и привело к отказу от его существования.
Но уже в начале XX века выяснилось, что классическая электродинамика Максвелла тоже не объясняет часть наблюдаемых явлений. Тогда Макс Планк предложил революционную идею: излучение испускается отдельными порциями — квантами энергии, которые равны:
E = h·ν
где
h — постоянная Планка,
ν — частота излучения.
Позднее Альберт Эйнштейн развил эту идею, введя понятие фотона — частицы света, лишённой массы покоя и электрического заряда, движущейся со скоростью света.
Таким образом, к началу XX века стало ясно, что свет обладает двойственной природой:
- как волна — он преломляется, интерферирует, дифрагирует;
- как частица — передаёт энергию порциями и проявляет корпускулярные свойства.
Корпускулярные свойства наиболее заметны при очень высоких частотах, например в области гамма-излучения.