Свет и его свойства

Максвеллом было установлено, что скорость распространения электромагнитных волн определяется выражением

(1.1),

где в вакууме относительная диэлектрическая проницаемость и относительная магнитная проницаемость равны единице, поэтому

(1.2),

т.е. скорость распространения электромагнитных волн является универсальной константой равной 3*10⁸м/с.

Задолго до исследований Максвелла было известно, что с такой же скоростью распространяется свет (опыты Реммера 1676г., Физо 1849г., Майкельсона). Поэтому Максвелл предположил, что свет является электромагнитной волной. Подтверждение этому было получено в 1887г. Генрихом Герцем, которому удалось генерировать электромагнитные волны. Эти волны, кроме того, что они обладали скоростью распространения равной 3*10⁸м/с, обладали и другими свойствами света: они отражались, преломлялись согласно законам геометрической оптики, установленными экспериментально еще в 16 веке.

Позже было установлено, что свет обладает не только свойствами электромагнитной волны. Ряд физических явлений не могли быть объяснены с помощью электромагнитной теории света: распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела; фотоэффект; эффект Комптона и т.д. Вначале Планк (1901г.), а затем Эйнштейн (1905г.) объяснили эти явления, введя представление о световых частицах- фотонах.

По современным представлениям свет имеет двойственную корпускулярно-волновую природу, т. е. свет обладает и свойствами электромагнитной волны и свойствами фотонов. Причем в различных явлениях эти свойства проявляются в большей или меньшей степени.

Диапазон электромагнитных волн очень широк. Нас будут интересовать только электромагнитные волны, частоты колебаний векторов напряженности электрического и магнитного полей которых сравнимы с собственными частотами колебаний атомов и молекул, а длины волн сравнимы с молекулярными расстояниями. Этот диапазон электромагнитных волн называется оптическим. В оптический диапазон входит видимыйсвет и примыкающие к нему широкие диапазоны спектра электромагнитного излучения – инфракрасный ИК и ультрафиолетовый УФ. По своим физическим свойством свет принципиально неотличим от электромагнитного излучения других диапазонов – различные участки спектра отличаются друг от друга только длиной волны λ и частотой ν. Рис1.1 дает представление о шкале электромагнитных волн.

Рисунок 1.1 Шкала электромагнитных волн. Границы между различными диапазонами условны.

Свет является очень удобным инструментом для исследования явлений, происходящих на межмолекулярном уровне. Это дает возможность применения оптических методов для тонкого исследования вещества. Эти свойства света позволяют создавать новые методики исследования и постоянно их усовершенствовать.

Фотонная теория света также позволяет создавать новые методики диагностики: например, тепловизоры.