Свет - Light


Из Википедии, свободной энциклопедии

Треугольная призма диспергирующего пучка белого света. Чем дольше длины волны (красные) и более короткие длины волны (синяя) разделены.

Свет это электромагнитное излучение в пределах определенной части электромагнитного спектра . Слово , как правило , относится к видимому свету , который является видимый спектр , который виден человеческому глазу , и отвечает за чувство зрения . Видимый свет обычно определяется как имеющий длину волны в диапазоне 400-700 нм (нм), или 4,00 × 10 -7 до 7.00 × 10 -7  м, между инфракрасной области спектра (с длиной волны) более длинными и ультрафиолетовой (с более коротких длинах волн) , Эта длина волны означает частотный диапазон приблизительно 430-750 терагерцового (ТГц).

Луч солнечного света внутри полости Rocca ill'Abissu на Fondachelli Fantina, Сицилия

Основным источником света на Земле является Солнце . Солнечный свет дает энергию , что зеленые растения используют для создания сахара в основном в виде крахмалов, которые высвобождают энергию в живой , которые переваривают их. Этот процесс фотосинтеза обеспечивает практически всю энергию , используемую живые существа. Исторически сложилось, что еще одним важным источником света для человека был огонь, от древних костров до современных керосиновых ламп. С развитием электрических ламп и систем электропитания , электрическое освещение эффективно заменить костра. Некоторые виды животных генерировать свой собственный свет, процесс , называемый биолюминесценции . Например, светлячки используют свет , чтобы найти товарищ, и адский вампир использовать его , чтобы скрыть себя от добычи.

Основные свойства видимого света являются интенсивность , направление распространения, частоты или длины волны спектра , и поляризации , а его скорость в вакууме, 299,792,458 метров в секунду, является одним из фундаментальных констант природы. Видимый свет, как и со всеми типами электромагнитного излучения (ЭМИ), экспериментально установлено , что всегда двигаться на этой скорости в вакууме.

В физике термин свет иногда относится к электромагнитному излучению , любой длины волны, будь то видимым или нет. В этом смысле, гамма - лучи , рентгеновские лучи , микроволны и радиоволны также свет. Как и все виды электромагнитного излучения, видимый свет распространяется в виде волн. Тем не менее, энергия , переданная волн поглощается в отдельных местах , так , как частицы всасываются. Поглощенная энергия волн ЭМ называется фотоном, и представляет собой кванты света. Когда волна света преобразуется и поглощается в виде фотона, энергия волны мгновенно падает на одном месте, и это место , где фотон «прибывает.» Это то , что называется коллапс волновой функции . Эта двойная волнообразная и частицы , как природа света известна как волновой дуализм . Исследование света, известное как оптика , является важной областью исследований в современной физике.

Электромагнитный спектр и видимый свет

Как правило, электромагнитное излучение (обозначение «излучение» исключает статические электрический, магнитные и вблизи пол ), или ЭЙ, классифицируются по длине волны в радиоволны , микроволновые печи , инфракрасный , то видимый спектр , который мы воспринимаем как свет , ультрафиолетовый , рентгеновские лучи и гамма - лучи .

Поведение ОГО зависит от его длины волны. Более высокие частоты имеют более короткие длины волн, и более низкие частоты имеют более длинные волны. Когда ЭМИ взаимодействует с отдельными атомами и молекулами, его поведение зависит от количества энергии на квант он несет.

ЭЙ в области видимого света состоит из квантов (называемых фотонов ) , которые находятся на нижнем конце энергий, которые способны вызывать электронное возбуждение внутри молекул, что приводит к изменениям в связывании или химии молекулы. На нижнем конце спектра видимого света, ЭЙ становится невидимым для человека (инфракрасный) , потому что его фотоны больше не имеют достаточное количество индивидуальной энергии , чтобы вызвать прочное молекулярное изменение (изменение конформации) в визуальной молекуле ретиналь в сетчатке глаза человека, который изменение вызывает ощущение видения.

Там существуют животные, которые чувствительны к различным типам инфракрасного, но не с помощью квантово-поглощения. Инфракрасное зондирование в змей зависит от вида естественного теплового изображения , в котором крошечные пакеты клеточной воды повышенной температуры с помощью инфракрасного излучения. ЭЙ в этом диапазоне вызывает молекулярные эффекты вибрации и нагрева, который является , как эти животные обнаружить его.

Над диапазоне видимого света, ультрафиолетовый свет становится невидимым для человека, в основном потому , что он поглощается роговицей ниже 360 нм и внутренней линзы менее 400 нм. Кроме того, стержни и конусов , расположенных в сетчатке глаза человека не могут обнаружить очень короткие (менее 360 нм) ультрафиолетовых длинах волн и фактически поврежденной ультрафиолетовым излучением. Многие животные с глазами , которые не требуют линз (таких как насекомые и креветки) способны обнаруживать ультрафиолет, квантовые механизмы фотонного поглощения, во многом таким же химическим способом , что люди обнаружить видимый свет.

Различные источники определяют видимый свет в узком смысле, как 420-680 нм, чтобы в общих чертах, как 380-800 нм. В идеальных лабораторных условиях, люди могут видеть инфракрасное излучение по меньшей мере до 1050 нм; дети и молодые люди могут воспринимать ультрафиолетовые длины волн примерно до 310-313 нм.

Рост растений также зависит от цветового спектра света, процесс , известный как фотоморфогенез .

Linear visible spectrum.svg

Скорость света

Скорость света в вакууме определяется как именно 299792458  м / с (прибл. 186,282 миль в секунду). Фиксированное значение скорости света в системе единиц СИ является результатом того , что счетчик в настоящее время определяется в терминах скорости света. Все формы электромагнитного излучения движутся точно той же скоростью в вакууме.

Различные физики попытались измерить скорость света на протяжении всей истории. Галилей пытался измерить скорость света в семнадцатом веке. Ранний эксперимент по измерению скорости света проводили Рёмер , датский физик, в 1676 Используя телескоп , Рёмер наблюдал движения Юпитера и один из его спутников , Ио . Отмечая несоответствия в кажущемся период орбиты Ио, он подсчитал , что свет занимает около 22 минут , чтобы пройти диаметр Земля орбиты «s. Однако, его размер не был известен в то время. Если Rømer знал диаметр орбиты Земли, он бы вычислил скорость 227,000,000 м / с.

Другой, более точный, измерение скорости света проводили в Европе Физо в 1849. Физо направленный луч света на зеркало несколько километров. Вращающееся зубчатое колесо было помещено на пути светового луча , как он путешествовал от источника, к зеркалу , а затем возвращается к своему источнику. Физо обнаружили , что при определенной скорости вращения, луч будет проходить через один зазор в колесе на выходе и на следующий зазор на обратном пути. Зная расстояние до зеркала, количество зубьев на колесе, и скорость вращения, Физо удалось вычислить скорость света , как 313,000,000 м / с.

Léon Фуко провел эксперимент , в котором используется вращающимся зеркало , чтобы получить значение 298,000,000 м / с в 1862. Майкельсон проводил эксперименты на скорости света с 1877 до его смерти в 1931 году он не рафинированные методами Фуко в 1926 году с использованием усовершенствованного вращающимся зеркала для измерения времени, которое потребовалось , чтобы сделать свет путешествие туда и обратно от Маунт Вилсон в горы Сан - Антонио в Калифорнии. Точные измерения дали скорость 299,796,000 м / с.

Эффективная скорость света в различных прозрачных веществах , содержащих обычную материю , меньше , чем в вакууме. Например, скорость света в воде составляет около 3/4 , что в вакууме.

Две независимые группы физиков сказал , чтобы принести свет к «полной остановки» при прохождении его через Бозе-Эйнштейна конденсат из элемента рубидия , одной командой в Гарвардском университете и Rowland института науки в Кембридже, штат Массачусетс, а другой в Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики , а также в Кэмбридже. Тем не менее, популярное описание световых существ «остановлено» в этих экспериментах , относится только к свету, хранящемуся в возбужденных состояниях атомов, а затем вновь испускаются в произвольное позднее время, так как стимулируются вторым лазерным импульсом. Во время был «остановлен» он перестал быть светом.

оптика

Исследование света и взаимодействие света и материи называются оптика . Наблюдение и исследование оптических явлений , такие как радуги и северное сияние предлагают много подсказок относительно природы света.

преломление

Пример преломления света. Соломы кажется изогнутой, из-за преломления света, как он входит в жидкость из воздуха.
Облако освещается солнечным светом

Преломление является искривление световых лучей при прохождении через поверхность между одним прозрачным материалом и другим. Она описывается законом Снеллиуса :

где θ 1 представляет собой угол между лучом и нормалью к поверхности в первой среде, θ 2 является углом между лучом и нормалью к поверхности во второй среде, и п 1 и п 2 являются показателями преломления , п = 1 в вакууме и п > 1 в прозрачном веществе .

Когда луч света пересекает границу между вакуумом и другой носитель, или между двумя различными средами, длины волны света изменяется, но частота остается постоянной. Если луч света не ортогональны (или , скорее , нормальное) к границе, изменение длины волны приводит к изменению в направлении луча. Это изменение направления называется рефракцией .

Преломляющее качество линз часто используется для манипулирования света, чтобы изменить видимый размер изображений. Лупы , очки , контактные линзы , микроскопы и рефрактор являются примерами этой манипуляции.

источники света

Есть много источников света. Тело при данной температуре излучает характерный спектр черного тела излучения. Простой тепловой источник солнечный свет , излучение , испускаемое хромосфера от Солнца на уровне около 6000 градусов Кельвина (5730 градусов по Цельсию; 10,340 градусов по Фаренгейту) пика в видимой области электромагнитного спектра , когда нанесенный на графике в длине волны единиц , и примерно 44% от энергии солнечного света которая достигает земля видна. Другим примером может служить лампы накаливания , которые излучают только около 10% от их энергии , как видимого света , а остаток в виде инфракрасного. Общий тепловой источник света в истории светящихся твердые частицы в пламени , но они также излучают большую часть своего излучения в инфракрасной области спектра, а лишь часть в видимой области спектра.

Пик чернотельного спектра находится в глубокой инфракрасной, при температуре около 10 микрометров длины волны, для относительно холодных объектов , таких как человеческие существа. При повышении температуры, пик смещается в сторону более коротких длин волн, производя сначала красное свечение, затем белый один, и , наконец, сине-белый цвет , как пик выходит из видимой части спектра и в ультрафиолетовой области . Эти цвета можно увидеть , когда металл нагревают до «красного горячего» или «белой горячего». Сине-белое тепловое излучение не часто видно, за исключением звезд (наиболее часто видел чисто-голубой цвет в газовой пламенем или сварщика горелки фактически за счет молекулярного излучения, в частности , путем CH радикалов (испускающих полосу длин волн около 425 нм, и не видели в звездах или чистого теплового излучения).

Атомы излучают и поглощают свет в характерных энергиях. Это приводит к « эмиссионные линии » в спектре каждого атома. Излучение может быть спонтанным , так как в светодиодах , газоразрядные лампы (например, неоновые лампах и неоновых , ртутные лампы и т.д.), и пламя (свет от горячего газа , сам по себе-так, например, натрия в газ пламя испускает характерный желтый свет). Излучение может также быть стимулировало , как в лазере или микроволновой мазера .

Замедление свободной заряженной частицы, такие как электрон , может производить видимое излучение: циклотронного излучения , синхротронное излучение , и тормозное излучение являются примерами этого. Частицы , движущиеся через среду быстрее , чем скорость света в этой среде может производить видимый Черенкова . Некоторые химические вещества производят видимое излучение с помощью хемилюминесценции . В живых существах, этот процесс называется биолюминесценции . Например, светлячки производят свет таким способом, и лодки , движущиеся через воду может нарушить планктон , которые производят светящийся след.

Некоторые вещества производят свет , когда они освещены более мощным излучением, процесс , известный как флуоресценция . Некоторые вещества излучают свет медленно после того, как возбуждение более мощным излучением. Это известно как фосфоресценции . Фосфоресцирующих материалы также могут возбуждаться при бомбардировке их с субатомных частиц. Катодолюминесценция является одним из примеров. Этот механизм используется в электронно - лучевой трубки телевизоров и компьютерных мониторов .

Город освещен красочным искусственное освещение

Некоторые другие механизмы могут производить свет:

Когда концепция света предназначен для включения очень высокой энергии фотонов (гамма-излучение), дополнительные механизмы генерации включают в себя:

Единицы измерения и меры

Свет измеряется с помощью двух основных альтернативных наборов блоков: радиотермометрия состоит из измерений световой мощности на всех длинах волн, в то время как фотометрия меры света с длиной волны , взвешенных по отношению к стандартной модели восприятия яркости человека. Фотометрия полезно, например, для количественного освещения (освещение) , предназначенный для использования человеком. Единицы СИ для обеих систем приведены в следующих таблицах.

Таблица 1. Блоки радиометрия SI

Количество Единица измерения измерение Заметки
название Условное обозначение название Условное обозначение Условное обозначение
Энергия излучения Q е джоуль J МL 2T -2 Энергия электромагнитного излучения.
Radiant плотность энергии ж е джоуль на кубический метр Дж / м 3 Мл -1Т -2 Лучистая энергия на единицу объема.
лучистый поток Φ е ватт W = Дж / с МL 2Т -3 Лучистая энергия испускается, отражается, передается или принимается, в единицу времени. Это иногда называют также «мощностью излучения».
Спектральный поток Φ е, ν
 или
Φ е, λ
ватт на герц
 или
ватт на метр
Вт / Гц
 или
Вт / м
МL 2T -2
 или
MLТ -3
Лучистого потока на единицу длины волны или частоты. Последнее обычно измеряется в W⋅nm -1 .
Radiant интенсивности Я е, Ω ватт на стерадиан Вт / ср МL 2Т -3 Сияющий поток , излучаемый, отражается, передается или принимается, на единицу телесного угла. Это направленное количество.
Спектральная интенсивность I е, Ω, ν
 или
I е, Q, λ
ватт на стерадиан в герцах
 или
ватт на стерадиан на метр
W⋅sr -1 ⋅Hz -1
 или
W⋅sr -1 ⋅m -1
МL 2T -2
 или
MLТ -3
Интенсивность излучения на единицу частоты или длины волны. Последнее обычно измеряется в W⋅sr -1 ⋅nm -1 . Это направленное количество.
светимость L е, Ω ватт на стерадиан на квадратный метр W⋅sr -1 ⋅m -2 МТ -3 Сияющий поток , излучаемый, отражение, передаваемый или принимаемый по поверхности , на единицу телесного угла на единицу площади проекции. Это направленное количество. Это иногда также двусмысленно называют «интенсивность».
Спектральный сияние L е, Ω, ν
 или
L е, Ω, λ
ватт на стерадиан на квадратный метр в герц
 или
ватт на стерадиан на квадратный метр, за метр
W⋅sr -1 ⋅m -2 ⋅Hz -1
 или
W⋅sr -1 ⋅m -3
МТ -2
 или
Мл -1Т -3
Излучение с поверхности на единицу длины волны или частоты. Последнее обычно измеряется в W⋅sr -1 ⋅m -2 ⋅nm -1 . Это направленное количество. Это иногда также двусмысленно называют «спектральной интенсивностью».
Облученность
плотность потока
E е Вт на квадратный метр Вт / м 2 МТ -3 Лучистый поток , полученный с помощью поверхности на единицу площади. Это иногда также двусмысленно называют «интенсивность».
Спектральная интенсивность излучения
спектральной плотности потока
E е, ν
 или
E е, λ
Вт на квадратный метр в герц
 или
ватт на квадратный метр, за метр
Вт · м -2 ⋅Hz -1
 или
Вт / м 3
МТ -2
 или
Мл -1Т -3
Свечение на поверхности на единицу длины волны или частоты. Это иногда также двусмысленно называют «спектральной интенсивностью». Номера СИ единица спектральной плотности потока включает в себя Jansky (1 Jy = 10 -26  Вт · м -2 ⋅Hz -1 ) и солнечная единица потока (1 SFU = 10 -22  Вт · м -2 ⋅Hz -1 = 10 4  Jy).
Radiosity J е Вт на квадратный метр Вт / м 2 МТ -3 Лучистого потока оставление (испускается, отражается и передается) а поверхность на единицу площади. Это иногда также двусмысленно называют «интенсивность».
Спектральный радиосити J е, ν
 или
J е, λ
Вт на квадратный метр в герц
 или
ватт на квадратный метр, за метр
Вт · м -2 ⋅Hz -1
 или
Вт / м 3
МТ -2
 или
Мл -1Т -3
Radiosity из поверхности на единицу длины волны или частоты. Последнее обычно измеряется в Вт · м -2 ⋅nm -1 . Это иногда также двусмысленно называют «спектральной интенсивностью».
Radiant светимость М е Вт на квадратный метр Вт / м 2 МТ -3 Лучистый поток , излучаемый на поверхности на единицу площади. Это испускаемый компонент излучательности. «Излучательная» старый термин для этой величины. Это иногда также двусмысленно называют «интенсивность».
Спектральный светимость М е, ν
 или
M е, λ
Вт на квадратный метр в герц
 или
ватт на квадратный метр, за метр
Вт · м -2 ⋅Hz -1
 или
Вт / м 3
МТ -2
 или
Мл -1Т -3
Сияющая светимость из поверхности на единицу длину волны или частоту. Последнее обычно измеряется в Вт · м -2 ⋅nm -1 . «Спектральная излучательная» старый термин для этой величины. Это иногда также двусмысленно называют «спектральной интенсивностью».
Radiant экспозиции Н е джоуль на квадратный метр Дж / м 2 МТ -2 Лучистая энергия , полученная поверхности на единицу площади, или , что эквивалентно облученности на поверхности интегрированной с течением времени облучения. Это иногда также называют «сияющем флюенсом».
Спектральный экспозиции Н е, ν
 или
Н е, λ
джоуль на квадратный метр в герц
 или
джоуль на квадратный метр, за метр
J⋅m -2 ⋅Hz -1
 или
Дж / м 3
МТ -1
 или
ML -1Т -2
Сияющий воздействие на поверхности на единицу длины волны или частоты. Последнее обычно измеряется в J⋅m -2 ⋅nm -1 . Это иногда также называют «спектральной плотности энергии».
полусферическая излучательная ε 1 Сияющая светимость из поверхности , деленная на том , что из черного тела при той же температуре , как эта поверхность.
Спектральный полусферический коэффициент излучения & epsi ; N ,
 или &
epsi ; А ,
1 Спектральная светимость из поверхности , деленная на том , что из черного тела при той же температуре , как эта поверхность.
Направленная излучательная & epsi ; Ом 1 Излучение , излучаемое на поверхность , разделенный , что излучаемый черным телом при той же температуре , как эта поверхность.
Спектральный коэффициент излучения направленного & epsi ; Ом, ν
 или &
epsi ; Ом, λ
1 Спектральное свечение , излучаемое на поверхность , деленное на том , что из черного тела при той же температуре , как эта поверхность.
полусферический коэффициент поглощения A 1 Лучистый поток поглощается на поверхность , деленный на которые получены этой поверхность. Это не следует путать с « абсорбция ».
Спектральный полусферический коэффициент поглощения Ν
 или λ
1 Спектральный поток поглощается на поверхности , деленная на которые получены этой поверхности. Это не следует путать с « спектральной поглощательной ».
Направленный коэффициент поглощения Ω 1 Излучение поглощается на поверхности , деленной на сияния падающего на эту поверхность. Это не следует путать с « абсорбция ».
Спектральный направленный коэффициент поглощения Ω, ν
 или Ω, λ
1 Спектральное сияние поглощается на поверхность , деленное на спектральной энергетической яркость падающего на эту поверхность. Это не следует путать с « спектральной поглощательной ».
полусферический коэффициент отражения р 1 Лучевой поток отражается на поверхности , деленная на которые получены этой поверхности.
Спектральный полусферический коэффициент отражения R ν
 или
R λ
1 Спектральный поток отражается на поверхности , деленная на которые получены этой поверхности.
Направленная отражательная R Ω 1 Излучение отражается на поверхности , деленная на которые получены этой поверхности.
Спектральный направленного отражения R Ω, ν
 или
R Ω, λ
1 Спектральное сияние отражается на поверхность , деленный на которые получены этой поверхность.
полусферический коэффициент пропускания T 1 Лучевой поток передается по поверхности , деленный на которые получены этой поверхность.
Спектральный полусферический коэффициент пропускания Т ν
 или
Т λ
1 Спектральный поток передается по поверхности , деленный на которые получены этой поверхность.
Направленный коэффициент пропускания T Ω 1 Излучение передается по поверхности , деленная на которые получены этой поверхности.
Спектральный коэффициент пропускания направленного T Ω, ν
 или
T Ω, λ
1 Спектральное сияние передается по поверхности , деленный на которые получены этой поверхность.
Полусферический коэффициент затухания μ взаимными метр м -1 л -1 Лучистого потока поглощается и рассеивается по объему на единицу длины, деленное на том , что полученные этим объемом.
Спектральный полусферический коэффициент затухания ц N ,
 или
ц А ,
взаимными метр м -1 л -1 Спектральный поток излучения поглощается и рассеивается по объему на единицу длины, деленное на том , что полученные этим объемом.
Направленный коэффициент ослабления ц Ом взаимными метр м -1 л -1 Излучение поглощается и рассеивается по объему на единицу длины, деленное на том , что полученные этим объемом.
Спектральный направленный коэффициент ослабления ц Ом, ν
 или
ц Q, λ
взаимными метр м -1 л -1 Спектральный сияния поглощается и рассеивается по объему на единицу длины, деленное на том , что полученные этим объемом.
Смотрите также: SI  · Радиометрия  · Фотометрия  · ( Сравнить )

Таблица 2. СИ фотометрии величины

Количество Единица измерения измерение Заметки
название Условное обозначение название Условное обозначение Условное обозначение
Световая энергия Q v  люмена второй лм ⋅s ТJ Просвет второй иногда называют Talbot .
Световой поток , световая мощность Φ v  Просвет (= Candela стерадиан) лм (= cd⋅ ср ) J Световая энергия в единицу времени
Интенсивность света Я v Candela (= Просвет на стерадиан) кд (= лм / ср) J Световой поток на единицу телесного угла
яркость L v нит кд / м 2 L -2J Световой поток на единицу телесного угла в единицу проецируется исходной область. Нит иногда называют нит .
освещенность E v лк (= люмен на квадратный метр) лк (= лм / м 2 ) L -2J Световой поток падающего на поверхность
Световая светимость , светимость M v люкс лк L -2J Световой поток , излучаемый от поверхности
Световая экспозиции H v люкс второй lx⋅s Л -2ТJ Время-интегрированная Освещенность
Световая плотность энергии ω v Просвет второй на кубический метр lm⋅s⋅m -3 L -3ТJ
Светоотдача η  люмен на ватт лм / Вт М -1л -2Т 3J Отношение светового потока к лучистому потоку или потребляемой мощности, в зависимости от контекста
Светоотдача , световой коэффициент В 1 Светоотдача нормирована максимально возможной эффективностью
Смотрите также: SI  · Фотометрия  · Радиометрия  · ( Сравнить )

Фотометрии блоки отличаются от большинства систем физических единиц в том , что они принимают во внимание то, как человеческий глаз реагирует на свет. В колбочек в человеческом глазу бывают трех типов , которые реагируют по- разному по всей видимой области спектра, а также кумулятивных пиков отклика на длине волны около 555 нм. Таким образом, два источника света , которые производят одинаковую интенсивность (Вт / м 2 ) видимого света , не обязательно кажутся одинаково яркими. Фотометрии агрегаты предназначены принять это во внимание, и , следовательно, лучше представление о том , как «яркий» свет , кажется, чем сырая интенсивность. Они относятся к сырым мощности величиной , называемой светоотдача , и используются для целей , как определение того, как наилучшим образом достичь достаточного освещения для различных задач в помещении и на свежем воздухе. Освещения измеряется с помощью фотоэлемента датчика не обязательно соответствует тому , что воспринимается человеческим глазом, и без фильтров , которые могут быть дорогостоящими, фотоэлементов и приборы с зарядовой связью (ПЗС) , как правило, отвечают на какой - то инфракрасного , ультрафиолетового или обоих.

Световое давление

Свет оказывает физическое давление на объектах на своем пути, явление , которое может быть выведено уравнениями Максвелла, но может быть более легко объяснить природу частиц света: фотоны удар и передает свой импульс. Световое давление равно мощности светового пучка , деленный на C , со скоростью света.  Из - за величины с , эффект светового давления пренебрежимо мало для бытовых объектов.  Например, один милливатт указатель лазера оказывает усилие около 3,3 piconewtons на объекта освещенного; Таким образом, можно было бы поднять США пенни с лазерными указателями, но это потребует около 30 млрд 1 мВт лазерные указки.  Однако, в нанометровом -scale приложений , такие как наноэлектромеханические системы (НЭМС) |, эффект светового давления является более значительным, и использованием светового давления для привода механизмов Nems и переворачивать нанометровые физические переключатели в интегральных схемах является активной областью исследований , При больших масштабах, световое давление может привести к астероидам вращаться быстрее, действуя на их неправильной форме , как на лопатках с мельницей .  Возможность создания солнечных парусов , которые ускорили бы космические корабли в космосе также находится под следствием.

Хотя движение радиометр Крукса было первоначально обусловлено давлением света, эта интерпретация неверна; характеристика вращения Крукс является результатом частичного вакуума. Это не следует путать с радиометром Nichols , в котором (небольшое) движение , вызванное крутящим моментом (хотя и не достаточно для полного вращения против трения) является прямым следствием давления света. Как следствие светового давления, Эйнштейн в 1909 году предсказал существование «радиационного трение» , который будет противодействовать движение материи. Он писал: «излучение будет оказывать давление на обе стороны пластины. Силы давления , оказываемые на двух сторон равны , если пластина находится в состоянии покоя. Тем не менее, если он находится в движении, больше радиации будет отражаться на поверхности, впереди при движении (передняя поверхность) , чем на задней поверхности. Backwardacting сила давления , оказываемого на передней поверхности, таким образом , больше , чем сила давления , действующего на спине. Следовательно, в качестве равнодействующей двух сил, сохраняется сила , которая противодействует движению пластины , и что возрастает с увеличением скорости пластины. Мы будем называть это получившееся «радиационного трения , » вкратце «.

Исторические теории о свете, в хронологическом порядке

Классическая Греция и эллинизм

В пятом веке до н.э., Эмпедокл предположил , что все состоит из четырех элементов ; огонь, воздух, земля и вода. Он считал , что Афродита сделала человеческий глаз из четырех элементов , и что она зажгла огонь в глаза , которые светились из глаз делает взгляд возможным. Если бы это было правдой, то можно было бы увидеть в течение ночи точно так же , как в течение дня, так что Эмпедокл постулировал взаимодействие между лучами от глаз и лучей от источника , такого как солнце.

Примерно 300 г. до н.э., Евклид писал OPTICA , в котором он изучал свойства света. Евклид предположил , что свет распространяется по прямой линии , и он описал законы отражения и изучал их математически. Он усомнился , что зрение является результатом луча от глаза, потому что он спрашивает , как один видит звезда немедленно, если один закрывает свои глаза, а затем открывает их в ночное время . Если луч из глаз движется бесконечно быстро , это не проблема.

В 55 г. до н.э., Лукреции , римлянин , который нес на идеях ранних греческих атомистов , писали , что «Свет и тепло солнца, они состоят из атомов минутных , которые, когда они отчалили, не теряя времени в стрельбе прямо через промежуток воздуха в направлении , придаваемое толчок «. (от О природе Вселенной ). Несмотря на то , похоже на более поздние теории элементарных частиц, взгляды Лукреции не были общепринятые. Птолемей (ок. 2 - й век) писал о преломлении света в своей книге оптики .

Классическая Индия

В древней Индии , в индуистские школы санкхьи и Вайшешика , со всего первые века нашей эры разработаны теории на свете. Согласно школе санкхьи, свет один из пяти фундаментальных «тонких» элементов ( танматр ), из которых возникают грубые элементы. Валентность этих элементов конкретно не упоминается , и кажется , что они на самом деле были приняты , чтобы быть непрерывным. С другой стороны, школа Вайшешика дает атомную теорию физического мира на неатомарном основании эфира , пространство и время. (См индийский атомизм .) Основные атомы являются те земли ( притхиви ), вода ( пани ), огонь ( агни ), и воздух ( вайю ) Световые лучи берется поток высокой скорости TEJAS атомов (огонь). Частицы света могут иметь различные характеристики в зависимости от скорости и схемы расположения TEJAS атомов. Вишну Пурана относится к солнечному свету как «семь лучей солнца».

Индийские буддисты , такие как Дигнаг в 5 - м века и Дхармакиртите в 7 - м века, разработал тип атомизма , который является философией о действительности состояли из атомных объектов , которые являются мгновенными вспышками света или энергии. Они рассматривали свет как атомный объект эквивалентен энергии.

Декарт

Рене Декарт (1596-1650) считал , что свет был механическим свойством светящегося тела, отклоняя «форму» Ибн аль-Хайты и Вителлин , а также «виды» Bacon , Гроссетест и Kepler . В 1637 году он опубликовал теорию преломления света , что предполагается, неправильно, что свет путешествовал быстрее в более плотной среде , чем в менее плотной среде. Декарт пришел к такому выводу , по аналогии с поведением звуковых волн. Хотя Декарт был неправильным об относительных скоростях, он был прав, считая , что свет ведет себя как волна , и в заключении , что преломление можно объяснить скорость света в различных средах.

Декарт не первый использовать механические аналогии, но потому, что он четко утверждает, что свет является лишь механическим свойством светящегося тела и передающей среды, теория Декарта света рассматривается как начало современной физической оптики.

теория элементарных частиц

Гассенди (1592-1655), А. Н. атомист, предложил теорию частиц света , который был опубликован посмертно в 1660 - х годах. Исаак Ньютон изучал работу Гассенди в раннем возрасте, и предпочитал его взгляд на теорию Декарта на пленуме . Об этом он заявил в своем Гипотезы Света 1675 , что свет состоит из корпускул (частиц вещества) , которые были испускаемых во всех направлениях от источника. Одним из аргументов Ньютона против волновой природы света, что волны были известны огибать препятствия, в то время как свет распространялся только по прямой линии. Он, однако, объяснить явление дифракции света (который наблюдался с Франческо Гримальди ), позволяя , что легкая частица может создать локализованную волну в эфире .

Теория Ньютона может быть использована для прогнозирования отражения света, но может объяснить только преломление с ошибками при условии , что свет ускоренного при входе в более плотную среду , поскольку гравитационное притяжение было больше. Ньютон опубликовал окончательный вариант своей теории в его Оптики в 1704 Его репутация помогла теории частиц света господствовать в 18 веке. Теория частиц света привела Лаплас утверждать , что тело может быть настолько массовым , что свет не может уйти от него. Другими словами, это стало бы то , что теперь называется черной дырой . Лаплас не отозвал свое предложение позже, после того, как волновая теория света утвердились в качестве модели для света (как было объяснено, ни частицей или волновая теория полностью верна). Перевод эссе Ньютона на свете появляется Крупномасштабной структурой пространства-время, по Стивен Хокинг и Джордж Эллис FR .

Тот факт , что свет может быть поляризован был впервые качественно объяснить Ньютон с использованием теории частиц. Малюс в 1810 году создал математическую теорию частиц поляризации. Жан-Батист Биот в 1812 году показал , что эта теория объясняла все известные явления поляризации света. В то время поляризация рассматривались как доказательство теории элементарных частиц.

Волновая теория

Для того, чтобы объяснить происхождение цветов, Роберт Гук (1635-1703) разработал теорию «импульса» и сравнивал распространение света , что волны в воде в его 1665 работы Micrographia ( «Наблюдение IX»). В 1672 Гук предположил , что вибрации света могут быть перпендикулярными к направлению распространения. Христиан Гюйгенс (1629-1695) разработал математическую теорию волны света в 1678 году, и опубликовал его в своем Трактате о свете в 1690 году он предложил , что свет излучается во всех направлениях в виде серии волн в среде , называемой Светоносный эфир , Поскольку волны не зависит от силы тяжести, предполагалось , что они замедляются при входе в более плотную среду.

Томас Янг «s эскиз двухщелевого эксперимент показывает дифракцию . Опыты Янга поддержали теорию , что свет состоит из волн.

Волновой теории предсказал , что световые волны могут создавать помехи друг с другом , как звуковые волны (как отмечено около 1800 Thomas Young ). Молодые показали с помощью дифракционного эксперимента , что свет вели себя как волны. Он также предложил , что различные цвета были вызваны различными длинами волн света, и объяснил , цветовое зрение с точки зрения трех цветных рецепторов в глазу. Другой сторонник волновой теории был Леонарда Эйлера . Он утверждал в Нова Lucis и др созерцание colorum (1746) , что дифракция может более легко объяснить теорией волн. В 1816 году Андре-Мари Ампер дал Френель идею о том , что поляризация света может быть объяснено волновой теорией , если свет был поперечная волна .

Позже Френель самостоятельно разработал свою собственную теорию волны света, и представил его в Академии наук в 1817 Пуассон добавлен в математическую работу Френеля для получения убедительных аргументов в пользу волновой теории, помогая опрокинуть корпускулярную теорию Ньютона , К 1821 году, Френель смог показать с помощью математических методов, поляризация может быть объяснена волновой теорией света и только тогда , когда свет был полностью поперечным, без продольной вибрации вообще.

Слабость волновой теории в том , что световые волны, как звуковые волны, будет нужна среда для передачи. Существование гипотетической субстанции светоносного эфира , предложенного Гюйгенсом в 1678 году был брошен в сильном сомнении в конце девятнадцатого века в эксперименте Майкельсона-Морли .

Корпускулярная теория Ньютона предполагает , что свет будет двигаться быстрее в более плотной среде, а волновая теория Гюйгенса и других подразумевает обратную. В то время, скорость света не может быть измерена с достаточной точностью , чтобы решить , какая теория верна. Первым , чтобы сделать достаточно точное измерение был Леон Фуко , в 1850. Его результате поддерживает теорию волн, и теория классической частицы была окончательно оставлен, только частично вновь возникнуть в 20 - м века.

Электромагнитная теория

3-мерное рендеринг линейно поляризованного световой волны замороженной во времени и показывающий две колебательные компоненты света; электрическое поле и магнитное поле перпендикулярно друг к другу и к направлению движения (в поперечной волны ).

В 1845 году Майкл Фарадей обнаружил , что плоскость поляризации линейно поляризованного света вращается , когда световые лучи путешествуют вдоль магнитного поля направления в присутствии прозрачного диэлектрика , эффект , теперь известный как вращение Фарадея . Это было первое доказательство того, что свет был связан с электромагнетизма . В 1846 году он предположил , что свет может быть какая - то форма возмущения , распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля. Фарадей , предложенный в 1847 году , что свет был высокочастотными электромагнитными колебаниями, которые могут распространяться даже при отсутствии среды , таких как эфир.

Работа Фарадея вдохновила Джеймса Клерка Максвелла для изучения электромагнитного излучения и света. Максвелл обнаружил , что самораспространяющиеся электромагнитные волны , будут проходить через пространство с постоянной скоростью, которое произошло равные ранее измеренная скорость света. Исходя из этого, Максвелл пришел к выводу , что свет является формой электромагнитного излучения: он первым заявил этот результат в 1862 году в О физических линиях сил . В 1873 году он опубликовал Трактат об электричестве и магнетизме , в котором содержится полное математическое описание поведения электрических и магнитных полей, до сих пор известен как уравнения Максвелла . Вскоре после того , как Генрих Герц подтвердил теорию Максвелла экспериментально путем генерации и детектирования радиоволн в лаборатории, и продемонстрировать , что эти волны ведут себя так же , как видимый свет, проявляя свойства , такие как отражения, преломления, дифракции и интерференции. Теория Максвелла и опыты Герца непосредственно привели к развитию современного радио, радар, телевизор, электромагнитная томография и беспроводной связи.

В квантовой теории, фотоны рассматриваются как волновые пакеты волн , описанных в классической теории Максвелла. Квантовая теория была необходима , чтобы объяснить эффекты даже с видимым светом , что классическая теория Максвелла не мог (например, спектральные линии ).

Квантовая теория

В 1900 году Макс Планк , пытаясь объяснить излучения черного тела предположил , что хотя свет был волна, эти волны могут получить или потерять энергию только в конечных количествах , связанных с их частотой. Планка называют эти «комки» световой энергии «кванты» (от латинского слова «сколько»). В 1905 году Альберт Эйнштейн использовал идею квантов света , чтобы объяснить фотоэлектрический эффект , и предположил , что эти кванты света имели «реальное» существование. В 1923 году Артур Холли Комптон показал , что сдвиг длины волны виден при низкой интенсивности рентгеновского излучения от рассеянных электронов (так называемого комптоновским рассеяния ) можно объяснить с помощью частиц-теории рентгеновских лучей, но не волновая теория. В 1926 году Гилберт Н. Льюис назвал эти световые кванты частицы фотоны .

В конце концов , современная теория квантовой механики пришли к картине свет , как (в каком - то смысле) как частицы и волны, и (в другом смысле), как явление , которое является ни частицей , ни волной (которые на самом деле являются макроскопические явления, такие в бейсболах или океанские волны). Вместо этого, современная физика рассматривает свет как - то , что может быть описано иногда с математикой , подходящей для одного типа макроскопической метафоры (частицы), а иногда и другой макроскопической метафоры (вода волны), но на самом деле то , что не может быть в полной мере представить. Как и в случае для радиоволн и рентгеновских лучей , участвующих в комптоновском рассеянии, физики отметили , что электромагнитное излучение , как правило, ведет себя скорее как классическая волну на более низких частотах, но больше как классическая частицу при более высоких частотах, но никогда полностью не теряет все качества одного или другого. Видимый свет, который занимает промежуточное положение по частоте, может быть легко представлен в экспериментах по описываться с использованием либо волна или частицей модели, или иногда оба.

В феврале 2018 года, сообщили ученые, впервые, открытие новой формы света, которая может включать поляритоны , которые могут быть полезны при разработке квантовых компьютеров .

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

внешняя ссылка

  • СМИ , связанные с Свету на Викискладе ?
  • Определение словаря света в Wiktionary
  • Котировки , связанные с Свету на Викицитатник