Мир глазами современной физики. Свет, шкала электромагнитных волн, страница 2

Волновую природу света мы также можем обнаружить с помощью самостоятельно поставленных экспериментов. Для этого нам достаточно взять долгоиграющую грампластинку и источник белого света, по возможности близкий к точечному. Пусть световой луч падает на пластинку почти параллельно ее поверхности (рис. 11). Тогда, слегка наклоняя пластинку, мы увидим с другой стороны помимо нормального зеркального отражения источника света спектр всех цветов радуги, начиная от фиолетового (он располагается наиболее близко к зеркальному отражению) и вплоть до красного (который отклоняется дальше всего). Расстояние между дорожками долгоиграющей пластинки составляет около 0,1 мм; его можно достаточно точно измерить, подсчитав число оборотов, которое совершает пластинка за время, пока игла передвигается по радиусу, допустим, на 1 см. Максимум освещения первого порядка при очень пологом падении луча света отклоняется от направления максимума нулевого порядка на угол 7° для красного цвета и на 5° — для фиолетового. Сравнивая эти наблюдения с картиной отражения волн на поверхности воды от «решетки» состоящей из шестов), мы не только делаем вывод о волновом характере света, но и получаем возможность приближенно определить длины волн света разных цветов. Для красного света должно получиться значение около 600 нм (1 нм = 10~9 м), а для фиолетового — около 400 нм.

Зная особенности явления интерференции волн, мы могли бы косвенно судить о волновой природе света, внимательно наблюдая и другие явления, например образование разноцветных масляных пятен на воде или отблески света на нитях паутины. Но отражение и разложение света в спектр цветов, создаваемое решеткой, служит прямым доказательством того, что свет — это волны.

Регулярные структуры (решетки) с размерами, подходящими для спектрального разложения света, в природе не встречаются, хотя вообще природа очень богата такого рода структурами. Собственно говоря, любой кристалл представляет собой правильную периодическую решетку, сформированную атомами. Но эта решетка слишком мелка, чтобы на ней можно было обнаружить волновой характер света.

шкала электромагнитных волн

По современным представлениям, свет — это поток особых частиц электромагнитного поля, называемых фотонами и имеющих двойственные корпускулярно-волновые свойства. В данном разделе оптические явления (преимущественно в области распространения света) рассматриваются в рамках классической физики, т. е. на основании электромагнитной природы света и электронной теории строения вещества, а также исходя из условия непрерывности световых волн.

Основной характеристикой световых волн является частота колебаний n. Чаще используется связанная с ней длина волны в вакууме[1] l = сТ = c/n, где с— скорость света в вакууме: с= (299 792 458 ± 1,2) м/с. Округленно принимается с = 3 • 10⁸ м/с.

В соответствии с условиями возбуждения и свойствами излучения электромагнитные волны делятся по частоте (или длине волны) на несколько диапазонов, составляющих шкалу электромагнитных волн: радиоволны, оптическое излучение, рентгеновское излучение, гамма-излучение (рис. 221). Границы этих диапазонов условны, так как они в значительной мере определяются источниками излучения и поэтому могут взаимно перекрываться.

Электромагнитное излучение с длинами волн в пределах от 400 мкм до 10 нм[2] называется оптическим излучением. Оптическое излучение в пределах длин волн от 760 до 380 нм, действуя на глаз, вызывает ощущение света. Оно называется видимым излучением. В сторону более длинных волн от него в спектре расположено невидимое инфракрасное излучение, в сторону более коротких волн — невидимое ультрафиолетовое.

Излучение может быть простым (или монохроматическим) и сложным. Монохроматическим называется излучение какой-либо одной длины волны. Это идеализированное представление; практически монохроматическим считают такое излучение, в котором длины составляющих его волн различаются не больше чем на десятые доли нанометра. Монохроматическое излучение в видимой части спектра определенной длины волны, действуя на глаз, вызывает ощущение соответствующего цвета.

Излучение, состоящее из волн различной длины, называется сложным. В зависимости от его спектрального состава оно может вызывать различные цветовые ощущения.

Среди множества возможных видов сложного излучения выделяют белый свет. Белым светом называют видимую часть излучения Солнца, а также излучения нагретых до высокой температуры (несколько тысяч градусов) непрозрачных твердых и жидких тел. Это излучение содержит все волны видимого диапазона в определенном соотношении по интенсивности. В настоящее время белый свет получают также с помощью люминесцентных ламп (см. § 112) со специальным составом люминофора.