Оптика

Учение о свете (оптика) занимает среди других разделов физики особое место. Если электродинамика и атомная физика развивались как части точной науки, то основные представления о свете (при помощи зрения мы получаем около 90% сведений об окружающем нас макромире) человек вырабатывал еще на заре „цивилизации. Прямолинейное распространение света в свободном пространстве и образование теней от непрозрачных препятствий еще в древности породило представление о свете — потоке прямолинейно движущихся частиц. Гораздо позже, в XVII в., более тонкие наблюдения выявили также волновые свойства света (интерференция, дифракция). В семидесятых годах XIX в. Максвелл в своей электродинамике связал оптику с электромагнетизмом, указав на единую природу света и предсказанных им электромагнитных волн.

Подробное изучение взаимодействия света с веществом и процессов излучения показало, что волновые представления недостаточны для понимания этих явлений, и в конечном счете привело к коренным изменениям наших взглядов на природу света и элементарных частиц, взаимодействующих со светом,— появилась и быстро развилась квантовая механика, где кажущиеся противоречия между волновыми и корпускулярными свойствами света (и вещества) нашли объяснение.

Однако почти все явления, наблюдающиеся при распространении света в прозрачных средах и в вакууме, хорошо описываются «волновым» языком — он главным образом и будет применяться в большей части «Оптики».

Видимое излучение (частоты от 4 • 1014 до 7,5 х 1014 Гц; длины волн в вакууме от 7,5•10-7 до 4-10~7 м) занимает очень малую часть в полном спектре электромагнитных волн, но играет для человека решающую роль. Поэтому в данной книге видимому излучению уделяется основное внимание.

Как известно, низкие частоты видимого диапазона вызывают у человека ощущение красного цвета, высокие — фиолетового. Еще более низкие и высокие частоты не вызывают зрительных ощущений' но оказывают физиологическое воздействие, иногда очень вредное. Но поскольку природа всех этих излучений одинакова, термин «свет» в физике часто применяют ко всем излучениям, т. е. шире, чем в обыденной жизни.

 

Мы живем в мире, населенном частицами. Рождающиеся при ядерных превращениях античастицы (даже устойчивые) вскоре встречаются с соответствующими частицами и совместно исчезают, порождая фотоны или ?-мезоны.

Однако в принципе возможно существование мира, состоящего из античастиц и столь же устойчивого, как наш мир. В этом антимире, например, атом антиводорода состоял бы из антипротона й положительного электрона. Его химические свойства и его спектр ничем не должны отличаться от химических свойств и спектра водорода. Поэтому,- изучая спектры далеких галактик, мы не можем сказать, состоят ли галактики из вещества или антивещества. Во всяком случае, последняя возможность не исключена, и, быть может, в развитии Вселенной могли иметь место случаи взаимодействия галактик из вещества и антивещества, приводящие к колоссальным взрывам с весьма быстрым и мощным выделением энергии.

Многообразие явлений микромира, совершенно непохожих на явления привычного нам макромира, подчиняется вполне определенным (еще мало изученным) законам и, несмотря на свою непривычность, является блестящим подтверждением учения диалектического материализма о неисчерпаемости мира и его познаваемости. Буквально то же самое можно сказать и о мегамире - мире звезд, пульсаров и «черных дыр», рассматривавшемся выше. Здесь уместно вспомнить идею В. И. Ленина о том, что явления природы могут быть весьма разнообразными, как и свойства образующих ее тел. Но важнейшим остается свойство материи существовать объективно и находиться в непрерывном изменении, для описания чего мы создаем наши не всегда совершенные теории.

Статьи раздела
Это интересно