Czym jest światło?

W XVII wieku istniały dwie teorie na temat tego czym jest światło. Isaac Newton opowiadał się za tym, że światło jest strumieniem korpuskuł (czyli poruszających się cząstek), a Christiaan Huygens twierdził, że jest to fala (jak w XIX wieku stwierdził Clerk Maxwell fala elektromagnetyczna). Dziś wiemy, że światło ma dwoistą naturę tzn. możemy je uważać zarówno za falę elektromagnetyczną jak i strumień fotonów (cząstek będących kwantem energii promieniowania świetlnego). W przypadku światła mówimy, więc o dualizmie korpuskularno-falowym. Zgodnie z zasadą komplementarności, aby dowieść, że światło to strumień cząstek i fala musimy przeprowadzić dwa różne doświadczenia.

Aby udowodnić, że światło jest falą należy przeprowadzić doświadczenie Younga (rys.1) (Thomas Young przeprowadził je jako pierwszy w 1802 roku). W tym doświadczeniu strumień światła przechodzi przez dwie szczeliny (S1, S2) i zgodnie z zasadą Huygensa stają się one źródłem nowych fal cząstkowych. Te fale cząstkowe ulegają interferencji. Interferencja polega na nakładaniu się ciągów fal spójnych (czyli o tej samej częstotliwości i stałej w czasie różnicy faz). W efekcie na ekranie obserwujemy jasne miejsca (fale, które interferowały miały zgodne fazy – nastąpiło wzmocnienie) oraz ciemniejsze (tam fale miały przeciwne fazy – nastąpiło wytłumienie)

rys. 1 - rysunek w uproszczeniu

Aby udowodnić, że światło to także strumień cząstek (fotonów) musimy przyjrzeć się zjawisku fotoelektrycznemu. Zjawisko to polega na tym, że gdy światło pada na powierzchnie metalu, fotony wnikają do środka i w wyniku zderzeń przekazują elektronom część energii, w wyniku czego zwiększa się energia kinetyczna elektronów.

Widmo światła widzialnego (białego)
rys. 2

Leave a Reply