- 182 -
Глава 7. Свет.
... Ньютон отдавал предпочтение корпускулярной теории света, считая его потоком частиц. ...Гюйгенс полагал, что световое возбуждение есть импульсы упругих колебаний эфира."
А.М.Бонч-Ьруевич [ I 3 -
7.1. Структура Фотона.
Оптика - одна из древнейших наук, тесно связанная с потребностями практики на всех этапах своего развития. Прямолинейность распространения света была известна не менее, чем за 5 тысяч лет до нашей эры и использовалась в древнем Египте при строительных работах. Над существом оптических явлений размышляли Аристотель, Платон, Евклид, Птолемей. Существенный вклад в развитие оптики внес арабский ученый XI столетия Ибн аль-Хайсам [2,3 j. Точные законы преломления установлены в 1620 г. В.Спеллиусом и Р.Декартом [4,5 3; дифракция и интерференция света открыты Ф.Гринальди /публикация 1665 г./, двойное лучепреломление открыто Э.Бартлиным /1669 г./.
Дальнейшее развитие оптики связано с именами И.Ньютона, Р.Гука и Х.Гюйгенса.
И.Ньютон допускал возможность волновой интерпретации световых явлений, но отдавал предпочтение корпускулярной концепции, считая свет потоком частиц, действующих на эфир и вызывающих в нем колебания. Поляризация по Ньютону - "изначальное"свойство света, объясняемое определенной ориентацией световых частиц по отношению к образуемому ими лучу. X.Гюйгенс, следуя идеям Леонардо до Винчи и развивая работы Гринальди и Гука, исходил из аналогии между многими акустическими и оптическими явлениями. Он полагал, что световое возбуждение есть импульсы упругих колебаний эфира.
Работы Т.Юнга, О.Френеля и Д.Арого /XIX столетие/ определили победу волновой теории. Дж.К.Максвеллом показано, что свет представляет собой не упругие, а электромагнитные волны. П.Пруде, Г.Гельм-гольцем и Г.Лоренцем при построении электронной теории вещества были объединены идеи об осцилляторах и электромагнитная теория света [6-103. .;
А.Г.Столетовым д 1888-1890 гг.. Обнаружен фотоэффект. П.Н.Лебедевым в 1899 г. открыто давление света [ II, 12 ].
Развитие оптики в XX столетии тесно связано с квантовой механикой и квантовой электродинамикой [13 - 15 3 *
-183-
Такова краткая история развития оптики, науки о свете.
В процессе проведенных различными авторами исследований были выяснены основные свойства света и его элементарной составляющей - фотона. Свойства эти таковы:
1. Наименьший элемент света - фотон несет в себе энергию, пропорциональную частоте, что выражено законом Планка:
^ /7.1/
где
4 = 6,62*10'34дж.с - постоянная Планка;
J - частота;
2. Свет, излученный атомом, поляризован. Свет неполяризован
в обычном луче /круговая поляризация/, поскольку различные атомы излучают свет в различные моменты времени и отдельные порции света излучаются независимо друг от друга;
3. Фотон как частица не имеет электрического заряда;
4. Фотон может обладать одним из двух вариантов значений спина
- либо + I, либо - I;
5. Свет обладает давлением, откуда следует, что фотоны обладают массой;
6. Фотоны локализованы в пространстве, распространяются в вакууме прямолинейно и обладают постоянной скоростью, что делает их подобным потоку частиц;
7. Свет облЙдает свойствами интерференции и дифракции, что д&м основание считать фотоны волнами.
Все ранее разработанные различными авторами модели фотона не удовлетворяют по совокупности перечисленным свойствам, созданные же теории ограничиваются непротиворечивым описанием свойств фотона и света в целом, но не вскрывают структуру фотона и не объясняют причин, почему свет обладает именно такими свойствами.
Дж.Дж. Томсоном была сделана попытка построить вихревую модель фотона [[ 17 ]]. Однако его модель не отвечает даже элементарным требованиям объяснения явления поляризации, поскольку простое вихревое кольцо, которое Дж.Дж.Томсон предлагал в качестве модели фотона, такими свойствами не обладает.
Все указанные выше свойства света легко объяснимы, если представить фотон в виде вихревой винтовой структуры, составленной из ли нейных расходящихся вихрей эфира, расположенных друг относительно друга в шахматном порядке /рис. 7.1/. Такое образование имеет в гидромеханике аналог, так называемую "вихревую дорожку" Кармана