Квантовая теория света

В конце 17 века начали зарождаться новые представления о физических процессах. Они формировались с учетом базовых понятий о природе света. Основоположниками теорий волновой и корпускулярной теории света стали Исаак Ньютон и ряд иных ученых, которые придерживались другой точки зрения.

Британский исследователь полагал, что зарождение и развитие света представляет собой корпускулярный поток энергии. Остальные оппоненты по научному миру тех лет склонялись к волновой теории. Так возникло два основных течения, которые положили начало изучения всей квантовой теории света.

Зарождение квантовой теории света

Ньютон обнаружил так называемую интерференцию света. Эту теорию он обосновал в своих ранних работах, она стала классическим представлением на несколько столетий. В более поздних научных изысканиях ряд европейских ученых смогли обосновать первые эксперименты со светом, проведенные еще три столетия назад. Мир увидел новую теорию волновой природы света, что противоречило более ранним представлениям.

Майкл Фарадей в середине 19 века продолжил труды своего коллеги и установил ощутимую связь между светом и магнетизмом, который он пристально изучал на протяжении нескольких лет. Его опыты показали, что магнитные колебания и световые напрямую связаны между собой и являются по своей направленности поперечными. Он установил также скорость распространения таких волн. Они двигались с конечной скоростью. Позже ее вычислили с большой долей достоверности. Сегодня мы знаем эту величину как скорость света. В эксперименты Фарадея легла его собственная теория, изучающая электромагнетизм. Теперь было введено дополнительное понятие для магнитного поля, однако у автора работ до сих пор отсутствовало многие математические методы при описании подобных явлений, которые он фиксировал в своей лаборатории.

Позже подобная связь была вычислена математическими методами. В 1864 году была установлена практическая связь между оптикой и явлениям магнетизмом. Во многом это стало возможным при помощи интуитивных возможностей исследователей того времени, поскольку точных измерений и основополагающих исследований не проводилось или их было крайне недостаточно для формирования полноценной теории света.

Д.-К. Максвелл стал первым ученым, который опираясь на предыдущие опыты Фарадея смог сформулировать в математических формулах теорию электромагнитного поля. При помощи нее были объяснены все основные понятия и явления электромагнетизма, которые до сих пор лежат в основе современных исследований. Максвелл ввел понятие электромагнитной картины мира и ее подхватили еще ряд ученых того времени. Развитием идей теории света занялся российский физики Лебедев. Он внес решающую лепту в освоении этой дисциплины и провел ряд практических опытов, определяя зависимость и взаимодействие радиоволн в остальных физических явлениях. Чуть позже ученые Герц смог сделать первые полезные открытия и создать аппаратуру, которая перевернула развитие человеческой цивилизации. В частности, были созданы устройства беспроводной связи от телеграфа до телевидения.

В начале 20 века на основе всех предыдущих открытий стало возможным сформулировать первые научные тезисы самой квантовой теории света. К тому времени были сделаны основополагающие открытия в области строения атома, поэтому задача ученых значительно упростилась.

Через некоторое время теория квантов была надежно прицеплена к новой теории атомов, которую развивал Нильс Бор. Она объяснила природу движения элементарных частиц в твердых телах. Это стало отправной точкой развития квантовой физики. Спустя некоторое время М. Планк получил Нобелевскую премию за свое открытие.

Квантовая теория: противоречия

В начале 20 века в научно среде вновь возникла вона противоречий между учеными разной направленности. Некоторые исследователи пытались увязать предыдущие знания с теориями, выдвинутыми Альбертом Эйнштейном. Он считал, что существует двойственность природы света и вещества. Это легло в основу гипотетических предположений о дуализме микромира и разноплановости существования веществ в объективной реальности. Существовала версия, что каждому отдельному электрону должна была параллельно соответствовать световая волна. После соотношения с высказанной теорией относительности Эйнштейна подобные тезисы были подтверждены математическими вычислениями, что привело к ряду новых интересных открытий.

После открытия двойственной волновой природы электронов были сформулированы:

• основы волновой механики;
• волновые свойства микрочастиц;
• новые методы исследования структуры веществ.

Затем были разработаны общие теории относительности, в которых были установлены принципы существования времени, материи и пространства. Эти знания легли в основу квантовой теории света, которая постигает новые высоты на современном этапе развития науки и не является конечной.

Фотоэлектрический эффект

Его на протяжении всей своей научной жизни пытался изучать российский исследователь А. Столетов. Физик изучал свойства железа и использовал материал в своих экспериментах со световыми волнами. Через некоторое время он установил основные понятия нового явления и заявил, что есть законы фотоэлектрического эффекта, то есть превращения энергии света в электрическую энергию. В ходе проведения опытов удалось понять, что при изменении интенсивности освещения способны меняться только числа испускаемых электронов. Максимальная кинетическая энергия, вылетающих из металла электронов, не зависела от интенсивности освещения. Она менялась только при изменении частоты падающего на металл света.

Эйнштейн смог доказать правильность исследований Столетова, а также:

• закономерности химического действия света;
• температурную зависимость теплоемкости твердых тел;
• ряд других явлений.

Эта теория стала весьма полезной в формировании представлений о развитии в строении атомов и молекул на век вперед.