Σε όλη την ιστορία, η ανθρωπότητα έχει σκεφτεί τη φύση ενός τέτοιου φαινομένου όπως το φως. Από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα, οι ιδέες για αυτό έχουν αλλάξει και βελτιωθεί. Οι πιο δημοφιλείς υποθέσεις έτειναν να είναι ότι το φως είναι ένα σωματίδιο ή ένα κύμα. Ο κλάδος της σύγχρονης επιστήμης που μελετά τη φύση και τη συμπεριφορά του φωτός ονομάζεται οπτική.
Ιστορία της ανάπτυξης ιδεών για το φως
Σύμφωνα με τις ιδέες των αρχαίων Ελλήνων φιλοσόφων, όπως ο Αριστοτέλης, φως είναι οι ακτίνες που εκπέμπονται από το ανθρώπινο μάτι. Μέσω του αιθέρα, μιας διαφανούς ουσίας που γεμίζει χώρο, αυτές οι ακτίνες εξαπλώνονται, επιτρέποντας σε ένα άτομο να δει αντικείμενα.
Ένας άλλος φιλόσοφος, ο Πλάτων, πρότεινε ότι ο ήλιος είναι η πηγή φωτός στη Γη.
Ο φιλόσοφος και μαθηματικός Πυθαγόρας πίστευε ότι μικροσκοπικά σωματίδια πετούν έξω από αντικείμενα. Μπαίνοντας στο ανθρώπινο μάτι, μας δίνουν μια ιδέα για την εμφάνιση αυτών των αντικειμένων.
Παρά τη φαινομενική αφέλεια, αυτές οι υποθέσεις έθεσαν τα θεμέλια για περαιτέρω ανάπτυξη της σκέψης.
Έτσι, τον 17ο αιώνα, ο Γερμανός επιστήμονας Johannes Keplerεξέφρασε μια θεωρία κοντά στις ιδέες του Πλάτωνα και του Πυθαγόρα. Κατά τη γνώμη του, το φως είναι ένα σωματίδιο, ή ακριβέστερα, ένα ρεύμα σωματιδίων που διαδίδεται από κάποια πηγή.
Σωματώδης Υπόθεση του Νεύτωνα
Ο επιστήμονας Isaac Newton πρότεινε μια θεωρία που συνδύαζε σε κάποιο βαθμό αντικρουόμενες ιδέες σχετικά με αυτό το φαινόμενο.
Σύμφωνα με την υπόθεση του Νεύτωνα, το φως είναι ένα σωματίδιο του οποίου η ταχύτητα κίνησης είναι πολύ υψηλή. Τα σωματίδια διαδίδονται σε ένα ομοιογενές μέσο, κινούμενοι ομοιόμορφα και ευθύγραμμα από την πηγή φωτός. Εάν η ροή αυτών των σωματιδίων εισέλθει στο μάτι, τότε το άτομο παρατηρεί την πηγή τους.
Σύμφωνα με τον επιστήμονα, τα σωματίδια ήταν διαφορετικών μεγεθών, δίνοντας την εντύπωση διαφορετικών χρωμάτων. Για παράδειγμα, τα μεγάλα σωματίδια συμβάλλουν στο γεγονός ότι ένα άτομο βλέπει κόκκινο. Υποστήριξε το φαινόμενο της ανάκλασης ενός ρεύματος φωτός από την αναπήδηση σωματιδίων από ένα στερεό φράγμα.
Ο επιστήμονας εξήγησε το λευκό χρώμα με έναν συνδυασμό όλων των χρωμάτων του φάσματος. Αυτό το συμπέρασμα είναι η βάση της θεωρίας του για τη διασπορά, ένα φαινόμενο που ανακάλυψε το 1666.
Οι υποθέσεις του Νεύτωνα βρήκαν μεγάλη αποδοχή μεταξύ των συγχρόνων του, εξηγώντας πολλά οπτικά φαινόμενα.
Κυματική θεωρία του Huygens
Ένας άλλος επιστήμονας της ίδιας εποχής, ο Christian Huygens, δεν συμφωνούσε ότι το φως είναι ένα σωματίδιο. Έθεσε την κυματική υπόθεση της φύσης του φωτός.
Ο Huygens πίστευε ότι όλος ο χώρος μεταξύ των αντικειμένων και στα ίδια τα αντικείμενα είναι γεμάτος με αιθέρα και η ακτινοβολία φωτός είναι παλμοί, κύματα που διαδίδονται σε αυτόν τον αιθέρα. Κάθε τμήμα του αιθέρα, που φτάνει στο φωςτο κύμα γίνεται πηγή των λεγόμενων δευτερογενών κυμάτων. Πειράματα σχετικά με την παρεμβολή και τη διάθλαση του φωτός επιβεβαίωσαν την πιθανότητα μιας κυματικής εξήγησης της φύσης του φωτός.
Η θεωρία του Huygens δεν έλαβε μεγάλη αναγνώριση στην εποχή του, καθώς οι περισσότεροι επιστήμονες έτειναν να θεωρούν το φως ως σωματίδιο. Ωστόσο, στη συνέχεια υιοθετήθηκε και βελτιώθηκε από πολλούς επιστήμονες, όπως ο Jung και ο Fresnel.
Περαιτέρω ανάπτυξη προβολών
Το ερώτημα για το τι είναι το φως στη φυσική συνέχισε να απασχολεί το μυαλό των επιστημόνων. Τον 19ο αιώνα, ο James Clerk Maxwell ανέπτυξε τη θεωρία ότι η φωτεινή ακτινοβολία είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας. Οι ιδέες του βασίστηκαν στο γεγονός ότι η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι ίση με την ταχύτητα των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Το 1900, ο Μαξ Πλανκ εισήγαγε τον όρο «κβαντικό» στην επιστήμη, που μεταφράζεται ως «μερίδα», «μικρή ποσότητα». Σύμφωνα με τον Planck, η ακτινοβολία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων δεν εμφανίζεται συνεχώς, αλλά σε μερίδες, σε κβάντα.
Αυτές οι ιδέες αναπτύχθηκαν από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Πρότεινε ότι το φως όχι μόνο εκπέμπεται, αλλά επίσης απορροφάται και διαδίδεται από σωματίδια. Για να τα προσδιορίσει, χρησιμοποίησε τη λέξη "φωτόνια" (ο όρος προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Gilbert Lewis).
Δυαδικότητα σωματιδίων-κύματος
Η σύγχρονη εξήγηση της φύσης του φωτός βρίσκεται στην έννοια της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου. Η ουσία αυτού του φαινομένου είναι ότι η ύλη μπορεί να εμφανίσει τις ιδιότητες τόσο των κυμάτων όσο και των σωματιδίων. Το φως είναι ένα παράδειγμα τέτοιου είδους. Οι μελέτες επιστημόνων που έχουν καταλήξει σε φαινομενικά αντίθετες απόψεις επιβεβαιώνουν τη διπλή φύση του φωτός. Το φως είναι ταυτόχρονα σωματίδιο και κύμα. Ο βαθμός εκδήλωσης καθεμιάς από αυτές τις ιδιότητες εξαρτάται από τις συγκεκριμένες φυσικές συνθήκες. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το φως παρουσιάζει τις ιδιότητες ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος, επιβεβαιώνοντας την κυματική θεωρία της προέλευσής του, σε άλλες περιπτώσεις, το φως είναι ένα ρεύμα σωματιδίων (φωτόνια). Αυτό δίνει λόγους να δηλωθεί ότι το φως είναι ένα σωματίδιο.
Το φως έγινε η πρώτη ύλη στην ιστορία της φυσικής, η οποία αναγνώρισε την παρουσία του δυϊσμού των σωματικών κυμάτων. Αργότερα, αυτή η ιδιότητα ανακαλύφθηκε σε μια σειρά από άλλα θέματα, για παράδειγμα, η κυματική συμπεριφορά παρατηρείται σε μόρια και νουκλεόνια.
Συνοψίζοντας, μπορούμε να πούμε ότι το φως είναι ένα μοναδικό φαινόμενο, η ιστορία της ανάπτυξης ιδεών για το οποίο έχει περισσότερα από δύο χιλιάδες χρόνια. Σύμφωνα με τη σύγχρονη αντίληψη αυτού του φαινομένου, το φως έχει διπλή φύση, εμφανίζοντας τις ιδιότητες τόσο των κυμάτων όσο και των σωματιδίων.
