7. Światło jako fala

Światło rozchodzi się po liniach prostych i odbija się od przeszkód tak samo jak ciała materialne na przykład piłeczki pingpongowe. Te własności światła skłaniają nas do traktowania go jako cząstki nazywane Fotonami. Jednak prawu odbicia ulegają także fale. Czemu więc światło nie miało by nią być? Zastanówmy się teraz nad załamaniem. Jeżeli światło jest cząstką to przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego powinno poruszać się zgodnie z pierwszą zasadą dynamiki w sposób prostoliniowy i jednostajny tak jak chociażby kula karabinowa wbijająca się w drzewo. Ponieważ jednak światło się odchyla to powinna działać na niego jakaś dziwna siła istniejąca tylko między dwoma ośrodkami i działająca tylko na światło. Teoria ta jak dzisiaj wiemy, nie prawdziwa, może się wydawać prawdopodobna i jak długo nie została obalona doświadczalnie nie można jej było z czystym sumieniem traktować jako fałszywej lub poprawnej. Po za tym dodatkowa nie znana siła mogła by też odchylać bieg fal więc znowu nie mamy jednoznacznego potwierdzenia lub obalenia jednej z teorii. Podobne rozważania towarzyszyły fizykom do początku dziewiętnastego wieku kiedy to Thomas Young wykonał swój sławny eksperyment.

Doświadczenie Younga

Potrzebujemy lampki, przysłony z jedną wąską szczeliną, przysłony z dwiema szczelinami. ekranu. Ustawmy teraz wszystkie przyrządy tak jak na rysunku poniżej.

Na podstawie powyższego widzimy, że światło nie dosyć, że przechodzi przez nasz układ to jeszcze tworzy bardzo ładny obraz na ekranie. Powstawanie prążków po przejściu światła przez szczeliny można wyjaśnić zakładając , że światło jest falą. Każdą z końcowych szczelin możemy traktować jako punktowe źródło światła. Fale wychodzące z nich zachowują się analogicznie jak fale na wodzie i interferują. W wyniku tego zjawiska część światła jest wzmocniona część wygaszona co tłumaczy powstawanie prążków. Ponieważ cząstki nie podlegają interferencji uznano to doświadczenie za ostateczne potwierdzenie falowej natury światła.

Interferencja - zjawisko nakładania się dwóch lub więcej fal w wyniku których następują wzmocnienia i osłabienia

Jeżeli światło ulega interferencji to powinno też ulegać dyfrakcji. Przepuszczamy promień świetlny przez dziurkę zrobioną igłą w kartce papieru. Na kartce papieru powstał obraz punktowy odpowiadający kształtem wyciętej dziurze. Jeżeli jednak światło jest falą to po przejściu przez szczelinę powinno ulec dyfrakcji i stworzyć prążki na ekranie. Zmniejszmy teraz szerokość szczeliny do kilku mikrometrów.Powstaje obraz kilku kilkunastu współśrodkowych pierścieni o promieniu znacznie większym od promienia szczeliny. Dlaczego wcześniej nie widzieliśmy prążków? Dyfrakcja zachodzi zawsze przy przejściu przez szczelinę jednak obserwowalna jest tylko wtedy gdy rozmiar szczeliny jest porównywalny z długością fali.

Dyfrakcja - zjawisko ugięcia fali która przechodzi przez szczeliny o rozmiarach porównywalnych z długością fali.

dyfrakcja na płycie CD