plugins/content/content.php?cat.78
03.03.2015
Начиная с 17 века научные споры о природе света шли между сторонниками волновой и корпускулярной теорий. Основателем волновой теории можно считать Рене Декарта, который рассматривал свет как возмущения в мировой субстанции — пленуме. Корпускулярную теорию сформулировал Пьер Гассенди и поддержал Исаак Ньютон. Волновую теорию света разрабатывали Роберт Гук и Христиан Гюйгенс. По мнению Гюйгенса световые волны распространяются в особой среде — эфире.

В начале 19 века опыты Томаса Юнга с дифракцией дали убедительные свидетельства в пользу волновой теории. Юнг высказал предположение, что разные цвета соответствуют различным длинам волны. В то же время опыты Малюса и Био с поляризацией дали, как казалось тогда, убедительные свидетельства в пользу корпускулярной теории и против волновой теории. Но в 1815 году Ампер сообщил Френелю, что поляризацию света можно объяснить и с волновой точки зрения, если предположить, что свет представляет собой поперечные волны. В 1817 году свою волновую теорию света изложил в мемуаре для Академии наук Огюстен Френель.

После создания теории электромагнетизма свет был идентифицирован, как электромагнитные волны.

Победа волновой теории пошатнулась в конце 19 века, когда опыт Майкельсона-Морли не обнаружил эфира. Волны нуждаются в существовании среды, в которой они могли бы распространяться, однако тщательно спланированные эксперименты не подтвердили существование этой среды. Это привело к созданию Альбертом Эйнштейном специальной теории относительности. Природа электромагнитных волн оказалась сложнее, чем просто распространение возмущений в веществе. Рассмотрение задачи о тепловом равновесии абсолютно чёрного тела со своим излучением Максом Планком привело к появлению идеи об излучении света порциями — световыми квантами, которые получили название фотонов. Анализ явления фотоэффекта Эйнштейном показал, что поглощение световой энергии тоже происходит квантами.

С развитием квантовой механики утвердилась идея Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме, по которой свет должен обладать одновременно волновыми свойствами, чем объясняется его способность к дифракции и интерференции, и корпускулярными свойствами, чем объясняется его поглощение и излучение.

И вот, наконец-то, споры ученых всего мира должны прекратиться раз и навсегда.

Швейцарские ученые разработали экспериментальный метод, позволяющий заснять свет одновременно в виде волны и потока частиц (фотонов), о чем было рассказано на страницах журнала Nature Communications.

Изобретатели нашли способ сфотографировать само средство, необходимое для фотографирования, — свет. Группа под руководством Фабрицио Карбоне произвела выстрел лазерным импульсом в сторону нанопровода диаметром 0,00008 мм. Лазер придает энергию заряженным частицам в нанопроводе, заставляя их вибрировать. Теперь свет перемещается по проволоке в противоположных направлениях (как машины на двухполосной магистрали), а при встрече этих двух волн образуется третья — стоячая. Именно она, излучая у поверхности провода, и стала источником света для эксперимента.

На втором этапе эксперимента ученые выстреливают потоком электронов, используя их для отображения стоячей волны. По мере взаимодействия с последней изменяется скорость движения частиц (в сторону увеличения или в сторону уменьшения). С помощью специального сверхбыстрого микроскопа, фиксирующего точки, где происходит смена скорости, исследователи смогли получить картинку стоячей волны, демонстрирующую волновую природу света.

Что касается частиц, то электроны, проходя мимо стоячей волны, ударяют по фотонам — что опять же меняет их скорость. Динамика этих изменений напоминает обмен «пакетов» (квантов) энергии между двумя группами частиц. Само наличие этих «пакетов» указывает на то, что свет на нанопроволоке ведет себя как поток частиц.

«Эксперимент показывает, что мы — впервые — научились напрямую снимать квантовую механику, со всеми ее парадоксальными свойствами», — заявил Карбоне. Данное открытие окажется полезным для квантовых компьютеров, считает ученый.
для печати