Хвильова теорія світла () -― гіпотеза про те, що «сутність світла, це хвиля яка поширюється в деякому середовищі».
Огляд
. У власній книзі «Обговорення світла», опублікованій в 1690 році, він розмірковував про властивості світла, як-от хвилі та дифракція, і підсумовував ці властивості в один принцип, названий принципом Гюйгенса. У тій же книзі Гюйгенс продовжив, що якщо світло — хвиля, то має існувати якесь середовище, яке його поширює, і запропонував в якості цього середовища речовину, звану ефіром. Незабаром після цього була запропонована корпускулярна теорія світла Ньютона, і ці теорії стали суперечити одна одній.
У 1723 році відкрив явище, яке можна було пояснити лише за допомогою хвильової теорії. Це явище було названо плямою Араго, оскільки воно було повторно перевірено Франсуа Араго приблизно з 1811 по 1816 рік на початку XIX століття, і це було одним із чинників, що підкріплюють хвильову теорію.
Пізніше, приблизно в 1805 році, Томас Юнг провів експеримент з інтерференції світла, який дістав назву інтерференційний експеримент Юнга, а приблизно в 1835 році Огюстен Жан Френель доповнив принцип Гюйгенса, дійшовши висновку, що світло є поляризованою поперечною хвилею. На додаток до цього, хвильову теорію майже підтвердив Гюйгенс у 1850 році і Фізо в 1851-му, який незалежно підтвердив той факт, що швидкість світла в повітрі є вищою швидкості світла у воді. Крім того, ефект Фарадея, відкритий ним у 1845 році під час його власних експериментів, показав, що на світло діють електромагнітні поля, та згодом була оприлюднена стаття Максвелла з електромагнетизму «Сила електромагнітних полів» (1865). З рівнянь, узагальнених у «Науковій теорії», випливає, що світло — це вид електромагнітної хвилі. експеримент, проведений Герцем 1888 року, показав, що електромагнітні хвилі також мають такі ж властивості, як і світло: відбиття, заломлення, інтерференція та поляризація, і що світло, здається, є різновидом електромагнітної хвилі.
Електромагнітні хвилі
Якщо світло — це хвиля, виникає питання — що є середовищем, у якому вона розповсюджується. З рівнянь Максвелла випливає, що швидкість постійна, але яка відносна різниця між спостерігачами, що рухаються один повз одного? До того, як Альберт Ейнштейн оприлюднив свою теорію відносності, обговорювались (як велика загадка щодо цього питання) різні теорії. Для емпіричної перевірки і вивчення явища, очікуваного від так званого «ефірного вітру», у 1887 році був проведений експеримент Майкельсона — Морлі. У цьому експерименті не було отримано жодних результатів, якими можна було б підтвердити факт існування ефірного вітру. У 1905 році в статті Ейнштейна зі спеціальної теорії відносності «Про електродинаміку рухомих об'єктів» показано, що швидкість світла незмінна для будь-якого (відносного) спостерігача. Таким чином, потреба в існуванні «ефіру, який є стандартом швидкості світла», відпала.
З іншого боку, «фотонна гіпотеза» того ж Ейнштейна є добрим поясненням деяких загадкових явищ фотоефекту, і було накопичено багато експериментальних результатів, які повинні були підтвердити існування хвиль. Це призвело до нового розвитку, який можна було б назвати відродженням теорії частинок. Квантова механіка дійшла висновку, що фотони, які стали називати «квантами», мають поєднаність частинок і хвиль. Крім того, у сучасній фізиці середовище поширення розглядається як «поле».
З розвитком квантової механіки затвердилася ідея Луї де Бройля про корпускулярно-хвильовий дуалізм, за якою світло має водночас і хвильові властивості, чим пояснюється його здатність до дифракції та інтерференції, і корпускулярні властивості, чим пояснюється його поглинання й випромінювання квантами.
Примітки