Что такое свет?

Возможно многие когда то задумывались, - что такое свет, почему цвета именно такие какие они есть, и почему их именно столько. В этой статье мы постараемся просто и понятно раскрыть эти и некоторые смежные вопросы.

По своей сути свет является электромагнитным излучением, таким же электромагнитным излучением является например: радиоволны, которые широко используется, для трансляции телевизионного и радиовещания, в сетях передачи данных, в наших микроволновых печах и во многих других областях; инфракрасные волны, широко применяются в дистанционном управлении (например, когда вы переключаете телевизионные каналы пультом дистанционного управления); ультрафиолетовое излучение, под воздействия которого "мы загораем"; Рентгеновское излучение, широко применяются в медицине; Гамма - излучение, является следствием радиоактивного распада, при достаточно высокой интенсивности крайне вредно для организма человека, может вызывать "лучевую болезнь"... Все эти термины лишь классифицируют одно и то же электромагнитное излучение, отличающееся лишь частотой и длинной волны.

Обычно к свету относят инфракрасное, ультрафиолетовое излучение, и видимый человеческим глазом спектр. Видимые нашим глазом цвета, являются излучением видимого спектра электромагнитного излучения, отличающиеся лишь длинной (частотой) волны. В частности красный цвет имеет самую низкую частоту и следовательно самую большую длину (около 700 нм), следом идут, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, и фиолетовый, имеющий самую большую частоту, самую маленькую длину (около 400 нм) в видимом спектре. Подробнее о понятиях длины, частоты волны можно прочитать в статье "Беспроводная сеть". Обычно мы наблюдаем не какой то один цвет, а смесь из нескольких цветов в разных пропорциях. Смесь всех цветов видимого спектра в равных или приблизительно равных пропорциях воспринимается нашим глазом как "белый цвет", а отсутствие всех цветов спектра видимого нашим глазом, воспринимается им как "черный цвет". Именно поэтому солнечным днем нам намного теплее в черной одежде, чем в белой. Материя черной одежды захватывает электромагнитное излучение всего видимого спектра, выделяя при этом большее количество тепла.

Возможно Вы обратили внимание, что иногда используется термин "волна", например "радиоволна" а иногда "излучение", например "гамма - излучение", хотя по своей природе это та же электромагнитная волна, отличающаяся только своей длинной (частотой). Это связано с тем что чем меньше длина волны, тем больше наблюдаются ее корпускулярные свойства, и меньше, "свойства волны". Другими словами, представим себе что частицы (корпускулы) это крошечные песчинки вещества (материи), мы более менее можем представить себе их поведение. Грубо говоря в чем то его можно сравнить например с молекулами воды, мы можем направлять поток воды (молекул воды) и он будет направлен именно туда куда мы его направили, лишь постепенно падая вниз под силой гравитации. Если перед ним разместить препятствие, он будет ударятся прямо в него. Всем понятно что в данном случае частички материи не будут например, огибать препятствия. Волны же как известно способны огибать препятствия, причем чем больше длина волны, тем выше ее способность огибать препятствия. Таким образом, получается что свет, одновременно обладает как свойствами потока частиц (корпускул), так и свойствами волны. Поэтому к свету, так же как например и к электрону, применимо понятие "Корпускулярно-волновой дуализм", которое и говорит о "двойственной" природе света.

Дифракция, Дисперсия, Интерференция.

Дифракция света наблюдается при распространении света мимо резких краёв непрозрачных или прозрачных предметов или сквозь узкие отверстия. При этом происходит нарушение прямолинейности распространения света, т. е. отклонение от законов геометрической оптики. Тем самым дифракция света свидетельствует о свойствах света как волны. В связи с тем что угол отклонения "луча света" зависит от длины волны, разные цвета отклоняются немного под разным углом. Это явление используют для разложения света на составляющие, с помощью "дифракционной решетки", например при изучении звезд разлагая, свет по спектру, и измеряя интенсивность излучения на разных участках спектра. Такой анализ называют "спектральным" (Спектральный анализ).

Дисперсия света (разложение света) обусловлена зависимостью показателя преломления вещества от частоты (длины) волны света. А так как цвета отличаются друг от друга частотой (длиной) волны, свет проходя через некоторые вещества, разлагается на составляющие его цвета.

Интерференция - сложение волн, при котором обычно наблюдается характерное пространственное распределение интенсивности света (интерференционная картина) в виде чередующихся светлых и тёмных полос. Интерференция возможна при наложении когерентных (одинаковых), имеющих одну и ту же длину (частоту) волн. Например когда фазы волн совпадают накладываясь друг на друга они складываются, и мы видим яркую полосу. а когда накладываются волны в противоположных фазах, волны нейтрализуют друг друга и мы видим темную полосу.
Интерференцию можно легко продемонстрировать, с помощью мыльного пузыря и обычного лазерного брелока, в качестве источника когерентного света. направляя лазерный луч в мыльный пузырь, свет интерферирует в стенках пузыря, и мы можем наблюдать интерференционную картину. Увеличивая или уменьшая мыльный пузырь, полосы в нашей интерференционной картине так же будут утолщаться или становиться тоньше. Это связано с тем, что при увеличении размера мыльного пузыря его стенки становятся тоньше, и наоборот, при уменьшении пузыря, его стенки становятся толще.

В заключении отметим, что разделение видимого спектра на семь цветов условно, т. е. видимый спектр непрерывен, его можно делить практически на любое количество цветов. Выделение в нем именно семи цветов сложилось исторически. Впервые это сделал Исаак Ньютон. Полагают, что Ньютон выделил именно 7 цветов, находясь под влиянием "европейской нумерологии" и основывался на аналогии с семью нотами в октаве. В XX веке Освальд Вирт предложил «октавную» систему (ввел 2 зелёных — холодный, морской и тёплый, травяной), но большого распространения она не нашла.