СВІТЛОВІ ЯВИЩЯ

 Чи можна уявити собі що-небудь легше за світло? В англійській мові «світлий» і «легкий» навіть познача­ють одним словом «light».

Світло не тільки найлегше — воно ще й найшвидше! У порожнечі (вакуумі) й у повітрі світло поширюється зі швидкістю, що дорівнює близько 300 000 км/с. Ніщо на світі не може рухатися швидше, ніж світло. За одну секунду світло могло б «оббігти» навколо земної кулі майже вісім разів!

Природу світла вчені намагалися розгадати понад дві тисячі років, але змогли це зробити тільки у 20-му столітті. Виявилося, що світло має властивості як хвиль, так і частинок! Частинки світла назвали фотонами — від грецького слова «фотос», що означає «світло». Легше частинок світла дійсно нічого немає!

Учені встановили, що світло є різновидом електромагнітного проміння

ЯК РОЗВИВАЛИСЬ УЯВЛЕННЯ ПРО ПРИРОДУ СВІТЛА?

Світло стало для вчених одним з найміцніших «горішків»: його називали навіть «найтемнішою плямою» у фізиці! Дійсно, світло разюче відрізняється від уже знайомих вам фізичних тіл. Як Ви знаєте, кожне фізичне тіло має масу, об'єм, розміри, температуру. Але чи можна застосовувати всі ці поняття до світла?

У 17-му столітті великий англійський учений Ісак Ньютон припустив, що світло є потоком дуже дрібних частинок. Теорію Ньютона назвали корпускулярною теорією світла (у перекладі з латини «корпускулум» — частинка). Приблизно в той же час голландський учений Хрістіан Гюйгенс створив хвильову теорію світла, згідно з якою світло поширюється у формі хвиль — подібно звукові в повітрі або хвилям на воді. Протягом декількох століть представники корпускулярної та хвильової теорій світла вели запеклі суперечки про природу світла.

Установити природу світла вдалося тільки в першій половині 20-го століття: виявилося, що світло поєднує в собі як властивості частинок, так і властивості хвиль! Так природа «поєднала» те, що вченим довгий час здавалося несумісним. Тепер установлено, що світло має електромагнітну природу. Це означає, що радіохвилі, які приймає мобільний телефон або телевізор, мають таку саму фізичну природу, що й видиме світло.

А зараз скажемо тільки, що масивні тіла притягують світло: наприклад, астрономи встановили, що внаслідок притягання до Сонця промені світла, які йдуть до нас від далеких зір, трохи викривляються, завдяки чому видиме положення зір на небі змінюється.

У 20-му столітті вчені відкрили, що є космічні тіла, притягання яких настільки величезне, що навіть світло не може «вирватися» назовні! Ці масивні космічні об'єкти назвали «чорними дірами». Вони невидимі, оскільки світло не може перебороти їхнього притягання, однак їх можна виявити завдяки їхньому впливові на навколишні зорі. На рис. 13.4 схематично показано, як чорна діра «втягує в себе» зоряну речовину розташованої поблизу зорі. Подібна чорна діра є також у центральній частині нашої Галактики.

ЯК ВИМІРЯЛИ ШВИДКІСТЬ СВІТЛА?

Першу спробу вимірити швидкість світла здійснив Ґалілео Ґалілей на початку 17-го століття. Він хотів вимірити проміжок часу, потрібний світлу для того, щоб пройти від вершини однієї гори до вершини другої та, відбившись там від дзеркала, повернутися назад. Але цей проміжок часу виявився настільки малим, що вимірити його Ґалілею не вдалося. Сьогодні, коли ми вже знаємо, що швидкість світла становить близько 300 000 км/с, легко підрахувати, що всього за «одну мить», тобто час миготіння оком (близько 0,1 с), світло встигло би обігнути майже всю земну кулю! А Ґалілей міг користуватися тільки водяним годинником, який не забезпечував потрібної точності.

Уперше вимірив швидкість світла в другій половині 17-го століття данський астроном Оле Ремер. Протягом декількох років він спостерігав рух одного із супутників Юпітера — найбільшої планети Сонячної системи. Цей супутник було добре видно в телескоп, коли він виходив з тіні величезного Юпітера.

Ремер помітив, що протягом однієї половини земного року період обертання супутника чомусь поступово збільшується, а протягом другої — знову зменшується до попередньої величини. І Ремер здогадався, у чому річ!

Близько півроку Земля віддаляється від Юпітера, а потім близько півроку — наближається. Коли Земля віддаляється від Юпітера, світлу доводиться щоразу пролітати більшу відстань, щоб «повідомити» земного астронома про чергову появу супутника з тіні Юпітера. Ось астрономові й здається, що кожна нова поява супутника відбувається трохи пізніше від «призначеного терміну»! Зате протягом наступної половини року, коли Земля наближається до Юпітера, супутник починає виходити з тіні Юпітера з дедалі більшим «випередженням», оскільки світлу щоразу потрібно проходити меншу відстань.

Вимірявши відповідні «запізнення» й «випередження» в появі супутника з тіні Юпітера, Ремер зміг обчислити швидкість світла. За його розрахунками вона становила близько двохсот тисяч кілометрів за секунду, тобто в півтора рази менше, ніж показали проведені пізніше точніші виміри. Виконали їх незалежно один від одного в середині 19-го століття французькі фізики Жан Фуко й Арман Фізо Вони, як і Ґалілей, вимірювали проміжок часу, протягом якого світло «пробігало туди й назад» на відстань у кілька кілометрів. Цей дуже малий проміжок часу вчені виміряли за допомогою пристроїв, які не можна було побудувати за часів Ґалілея: Фуко скористався швидкообертовою дзеркальною призмою, а Фізо — швидкообертовим зубчастим колесо.