Per visą istoriją žmonija galvojo apie tokio reiškinio kaip šviesa prigimtį. Nuo seniausių laikų iki šių dienų idėjos apie tai keitėsi ir tobulėjo. Populiariausios hipotezės buvo tokios, kad šviesa yra dalelė arba banga. Šiuolaikinio mokslo šaka, tirianti šviesos prigimtį ir elgesį, vadinama optika.
Idėjų apie šviesą raidos istorija
Pagal senovės graikų filosofų, tokių kaip Aristotelis, idėjas, šviesa yra spinduliai, sklindantys iš žmogaus akies. Per eterį, skaidrią medžiagą, užpildančią erdvę, šie spinduliai sklinda, todėl žmogus gali matyti objektus.
Kitas filosofas Platonas teigė, kad Saulė yra šviesos š altinis Žemėje.
Filosofas ir matematikas Pitagoras tikėjo, kad iš objektų išskrenda mažytės dalelės. Patekę į žmogaus akis, jie suteikia mums supratimą apie šių objektų išvaizdą.
Nepaisant iš pažiūros naivumo, šios hipotezės padėjo pagrindą tolesniam mąstymo vystymuisi.
Taigi, XVII amžiuje vokiečių mokslininkas Johannesas Keplerisišreiškė teoriją, artimą Platono ir Pitagoro idėjoms. Jo nuomone, šviesa yra dalelė, tiksliau – dalelių srautas, sklindantis iš kokio nors š altinio.
Newtono korpuskulinė hipotezė
Mokslininkas Isaacas Newtonas pateikė teoriją, kuri apjungė tam tikru mastu prieštaringas idėjas apie šį reiškinį.
Pagal Niutono hipotezę šviesa yra dalelė, kurios judėjimo greitis yra labai didelis. Korpusuliai plinta vienalytėje terpėje, tolygiai ir tiesia linija judėdami nuo šviesos š altinio. Jei šių dalelių srautas patenka į akį, žmogus stebi jo š altinį.
Mokslininko teigimu, kraujo kūneliai buvo įvairaus dydžio, todėl susidaro skirtingų spalvų įspūdis. Pavyzdžiui, didelės dalelės prisideda prie to, kad žmogus mato raudoną spalvą. Jis įrodinėjo šviesos srauto atspindžio reiškinį, kai dalelės atsimuša nuo kieto barjero.
Mokslininkas paaiškino b altą spalvą visų spektro spalvų deriniu. Ši išvada yra jo dispersijos teorijos, reiškinio, kurį jis atrado 1666 m., pagrindas.
Newtono hipotezės sulaukė didelio pritarimo tarp jo amžininkų, paaiškindamos daugybę optinių reiškinių.
Huygenso bangų teorija
Kitas to paties laiko mokslininkas Christianas Huygensas nesutiko, kad šviesa yra dalelė. Jis iškėlė bangos hipotezę apie šviesos prigimtį.
Huygensas tikėjo, kad visa erdvė tarp objektų ir pačiuose objektuose yra užpildyta eteriu, o šviesos spinduliavimas yra impulsai, bangos, sklindančios šiame eteryje. Kiekviena eterio dalis, kuri pasiekia šviesąbanga tampa vadinamųjų antrinių bangų š altiniu. Šviesos trukdžių ir difrakcijos eksperimentai patvirtino galimybę bangomis paaiškinti šviesos prigimtį.
Huygenso teorija savo laikais nesulaukė didelio pripažinimo, nes dauguma mokslininkų šviesą buvo linkę laikyti dalele. Tačiau vėliau jį priėmė ir patobulino daugelis mokslininkų, tokių kaip Jungas ir Fresnelis.
Tolesnė požiūrių plėtra
Klausimas apie tai, kas fizikoje yra šviesa, ir toliau kamavo mokslininkų protus. 19 amžiuje Jamesas Clerkas Maxwellas sukūrė teoriją, kad šviesos spinduliavimas yra aukšto dažnio elektromagnetinės bangos. Jo idėjos buvo pagrįstos tuo, kad šviesos greitis vakuume yra lygus elektromagnetinių bangų greičiui.
1900 m. Maxas Planckas į mokslą įvedė terminą „kvantas“, kuris verčiamas kaip „porcija“, „nedidelis kiekis“. Plancko teigimu, elektromagnetinių bangų spinduliavimas vyksta ne nuolat, o dalimis, kvantais.
Šias idėjas sukūrė Albertas Einšteinas. Jis pasiūlė, kad šviesa ne tik skleidžiama, bet ir sugeriama bei sklinda dalelės. Jiems apibūdinti jis panaudojo žodį „fotonai“(terminą pirmasis pasiūlė Gilbertas Lewisas).
Dalelių ir bangų dvilypumas
Šiuolaikinis šviesos prigimties paaiškinimas slypi bangų ir dalelių dvilypumo sampratoje. Šio reiškinio esmė ta, kad materija gali turėti tiek bangų, tiek dalelių savybių. Šviesa yra tokios materijos pavyzdys. Mokslininkų, priėjusių prie iš pažiūros priešingų nuomonių, tyrimai yra dvilypės šviesos prigimties patvirtinimas. Šviesa tuo pačiu metu yra ir dalelė, ir banga. Kiekvienos iš šių savybių pasireiškimo laipsnis priklauso nuo konkrečių fizinių sąlygų. Tam tikrais atvejais šviesa pasižymi elektromagnetinės bangos savybėmis, patvirtinančiomis jos atsiradimo bangų teoriją, kitais atvejais šviesa yra ląstelių (fotonų) srautas. Tai suteikia pagrindo teigti, kad šviesa yra dalelė.
Šviesa tapo pirmąja materija fizikos istorijoje, kuri pripažino korpuskulinės bangos dualizmą. Vėliau ši savybė buvo aptikta daugelyje kitų dalykų, pavyzdžiui, bangų elgesys stebimas molekulėse ir nukleonuose.
Apibendrinant galima teigti, kad šviesa yra unikalus reiškinys, kurio idėjų raidos istorija siekia daugiau nei du tūkstančius metų. Remiantis šiuolaikiniu šio reiškinio supratimu, šviesa turi dvejopą prigimtį, parodanti ir bangų, ir dalelių savybes.
