ОПТИКА. КВАНТОВАЯ ПРИРОДА ИЗЛУЧЕНИЯ

Оптика - раздел физики, рассматривающий явления, связанные с распространением электромагнитных волн видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов спектра. Оптика описывает свойства света и объясняет связанные с ним явления.

Основной поток света на Землю приходит от Солнца. По этой причине Солнце, как источник тепла и света всегда привлекало человека. Первым врачом, упоминавшим о целебной силе солнечного тепла и света͵ был Гиппократ, а также его последователи Гален и Авиценна. Аристотель первым высказал мысль о том, что свет – нечто, попадающее в глаза. О прямолинейности распространения света писал Евклид. Все попытки понять, что такое свет вплоть до И.Ньютона концентрировались вокруг идеи о корпускулярной природе света.

Во времена Ньютона итальянец Ф.Гримальди заметил, что свет проникает в область геометрической тени. Впоследствии это явление получило название дифракции. Английский физик Р.Гук исследовал другое явление, получившее впоследствии название интерференции. Изучая образование цветных колец на тонких пленках, а также теорию упругости, он высказал предположение, что свет состоит из быстрых колебаний среды. Следом за ним голландский физик Х.Гюйгенс создал математическую волновую теорию света. Между Р.Гуком и Ньютоном разгорелся спор о природе света. Лишь сто лет спустя физики вернулись к волновой теории света в работах Т.Юнга и О.Френеля. На ее основе они смогли объяснить отражение, дифракцию и интерференцию света.

В современной физике описанием, трактовкой, предсказанием явлений, связанных с формированием зрительных образов у человека, занимается раздел физики, называемый оптикой. В оптике в качестве источника света рассматриваются, как непосредственные источники света (Солнце, свеча, лампа накаливания, лазер), так и объекты, отражающие его (Луна, планеты, зеркала, освещенные здания и т.д.).

Как показало дальнейшее развитие физики, правы были оба великих физика. По этой причине в настоящее приняты два подхода к описанию оптических явлений. Свет – как луч. Этот подход изучается в геометрической оптике. Свет - как волна. В этом случае явления описываются в рамках волновой теории света.

Оптика оказалась одним из первых разделов физики, где проявилась ограниченность классических представлений о природе. Была установлена двойственная природа света: Корпускулярная теория света, берущая начало от Ньютона, рассматривает его как поток частиц — квантов света или фотонов. В соответствии с идеей Планка любое излучение происходит дискретно, причём минимальная порция энергии (энергия фотона) имеет величину {\displaystyle \varepsilon =h\nu }

, где частота {\displaystyle \nu }W соответствует частоте излучённого света, а {\displaystyle h} = 1.054 · 10^-34 Дж·с. - есть постоянная Планка.

Использование представлений о свете, как потоке частиц, объясняет явление фотоэффекта и закономерности теории излучения.

Волновая теория света, берущая начало от Гюйгенса, рассматривает свет как совокупность поперечных монохроматических электромагнитных волн, а наблюдаемые оптические эффекты как результат сложения (интерференции) этих волн. При этом считается, что в отсутствие перехода энергии излучения в другие виды энергии, эти волны не влияют друг на друга в том смысле, что, вызвавшая в некоторой области пространства интерференционные явления, волна продолжает распространяться дальше без изменения своих характеристик. Волновая теория электромагнитного излучения нашла своё теоретическое описание в работах Максвелла в форме уравнений Максвелла. Использование представления о свете, как о волне, позволяет объяснить явления, связанные с интерференцией и дифракцией, в том числе структуру светового поля (построение изображений и голографию).

Универсальным понятием в физике является скорость света {\displaystyle c} «с». Её значение в вакууме представляет собой не только предельную скорость распространения электромагнитных колебаний любой частоты, но и вообще предельную скорость распространения информации или любого воздействия на материальные объекты.