A történelem során az emberiség gondolkodott egy olyan jelenség természetén, mint a fény. Az ókortól napjainkig az ezzel kapcsolatos elképzelések változtak és javultak. A legnépszerűbb hipotézisek általában az voltak, hogy a fény részecske vagy hullám. A modern tudománynak azt az ágát, amely a fény természetét és viselkedését vizsgálja, optikának nevezik.
A fényről alkotott elképzelések fejlődésének története
Az ókori görög filozófusok, például Arisztotelész elképzelései szerint a fény az emberi szemből kiáramló sugarak. Az éteren, egy átlátszó anyagon keresztül, amely kitölti a teret, ezek a sugarak szétterjednek, lehetővé téve az ember számára, hogy tárgyakat lásson.
Egy másik filozófus, Platón azt javasolta, hogy a Nap a fényforrás a Földön.
Püthagorasz filozófus és matematikus úgy gondolta, hogy apró részecskék repülnek ki a tárgyakból. Az emberi szembe jutva képet adnak ezeknek a tárgyaknak a megjelenéséről.
A látszólagos naivitás ellenére ezek a hipotézisek megalapozták a gondolkodás további fejlődését.
Tehát a 17. században a német tudós, Johannes KeplerPlatón és Pythagoras eszméihez közel álló elméletet fogalmazott meg. Véleménye szerint a fény egy részecske, pontosabban valamilyen forrásból terjedő részecskék árama.
Newton korpuszkuláris hipotézise
Isaac Newton tudós olyan elméletet terjesztett elő, amely bizonyos mértékig egymásnak ellentmondó elképzeléseket egyesített erről a jelenségről.
Newton hipotézise szerint a fény olyan részecske, amelynek mozgási sebessége nagyon nagy. A korpuszkulák homogén közegben terjednek, egyenletesen és egyenesen mozogva a fényforrástól. Ha ezeknek a részecskéknek az áramlása belép a szembe, akkor a személy megfigyeli a forrását.
A tudós szerint a vértestek különböző méretűek voltak, így különböző színű benyomást keltve. Például a nagy részecskék hozzájárulnak ahhoz, hogy egy személy vöröset lát. A fényáram visszaverődésének jelensége mellett érvelt a részecskék szilárd gátról való visszapattanása által.
A tudós a fehér színt a spektrum összes színének kombinációjával magyarázta. Ez a következtetés képezi a diszperzió elméletének alapját, ezt a jelenséget fedezte fel 1666-ban.
Newton hipotézisei nagy elfogadásra találtak kortársai körében, sok optikai jelenséget megmagyarázva.
Huygens hullámelmélete
Ugyanebben az időben egy másik tudós, Christian Huygens nem értett egyet azzal, hogy a fény részecske. Felterjesztette a fény természetének hullámhipotézisét.
Huygens úgy vélte, hogy az objektumok közötti és magukban a tárgyakban lévő összes tér éterrel van kitöltve, és a fénysugárzás impulzusok, hullámok, amelyek ebben az éterben terjednek. Az éter minden szakasza, amely eléri a fénythullám úgynevezett másodlagos hullámok forrásává válik. A fény interferenciájával és diffrakciójával kapcsolatos kísérletek megerősítették a fény természetének hullámos magyarázatának lehetőségét.
Huygens elmélete nem kapott nagy elismerést a maga idejében, mivel a legtöbb tudós hajlamos volt a fényt részecskének tekinteni. Később azonban sok tudós, például Jung és Fresnel átvette és finomította.
Nézetek további fejlesztése
Az a kérdés, hogy mi a fény a fizikában, továbbra is foglalkoztatta a tudósokat. A 19. században James Clerk Maxwell kidolgozta azt az elméletet, hogy a fénysugárzás nagyfrekvenciás elektromágneses hullám. Elképzelései azon a tényen alapultak, hogy a fény sebessége vákuumban egyenlő az elektromágneses hullámok sebességével.
1900-ban Max Planck bevezette a "kvantum" kifejezést a tudományba, ami annyit jelent, mint "adag", "kis mennyiség". Planck szerint az elektromágneses hullámok kisugárzása nem folyamatosan, hanem részletekben, kvantumokban történik.
Ezeket az ötleteket Albert Einstein dolgozta ki. Azt javasolta, hogy a fényt nemcsak kibocsátják, hanem a részecskék elnyelik és terjednek is. Megjelölésükre a „fotonok” szót használta (a kifejezést először Gilbert Lewis javasolta).
Részecske-hullám kettősség
A fény természetének modern magyarázata a hullám-részecske kettősség fogalmában rejlik. Ennek a jelenségnek az a lényege, hogy az anyag képes mind a hullámok, mind a részecskék tulajdonságait felmutatni. A fény az ilyen anyagok példája. A látszólag ellentétes véleményekre jutott tudósok tanulmányai megerősítik a fény kettős természetét. A fény részecske és hullám egyszerre. Ezen tulajdonságok mindegyikének megnyilvánulási foka az adott fizikai feltételektől függ. A fény bizonyos esetekben az elektromágneses hullám tulajdonságait mutatja, megerősítve eredetének hullámelméletét, más esetekben a fény testek (fotonok) folyama. Ez alapot ad annak állítására, hogy a fény részecske.
A fény lett az első anyag a fizika történetében, amely felismerte a korpuszkuláris-hullám dualizmus jelenlétét. Később ezt a tulajdonságot számos más dologban is felfedezték, például molekulákban és nukleonokban hullámviselkedést figyeltek meg.
Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy a fény egyedülálló jelenség, amelyről az elképzelések fejlődésének története több mint kétezer éves. A jelenség modern felfogása szerint a fény kettős természetű, a hullámok és a részecskék tulajdonságait egyaránt megmutatja.
