Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

1. Αθανασάκης Ιωάννης
(1.1)Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
Τι είναι φως;
Τι είναι μη φως, δηλ. σκοτάδι;
Τι σημαίνει βλέπω και ποιος ο ρόλος των
ματιών στην υπόθεση της όρασης;
Πανάρχαια ερωτήματα ηλικίας 2500 ετών!!

2. Φως και σκοτάδι
Μέχρι και τον πέμπτο αιώνα πριν από τον Χριστό, οι
άνθρωποι διατηρούσαν πάνω στο ζήτημα της μέρας και της
νύχτας μια αντίληψη που θα μπορούσαμε σήμερα να τη
χαρακτηρίσουμε ποιητική.
Πίστευαν ότι το ΦΩΣ είναι ένας λαμπερός ατμός και ότι το
ΣΚΟΤΑΔΙ είναι ένας μαύρος ατμός που υψωνόταν το βράδυ
από την επιφάνεια της γης. Το φως και το σκοτάδι
αποτελούσαν δύο οντότητες μεταξύ τους ανεξάρτητες.
Σε ένα από τα σημαντικά άλματα που πραγματοποίησε η
ανθρώπινη σκέψη κατά τους αιώνες που ακολούθησαν η
παλιά αντίληψη ανετράπη. Η νέα ιδέα την οποία
αποδεχόμαστε μέχρι και σήμερα είναι ότι το σκοτάδι δεν έχει
υλική υπόσταση, το σκοτάδι δεν είναι παρά η απουσία φωτός.
Εκείνο που έχει υλική υπόσταση είναι το ΦΩΣ.

3. ΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
Οι αρχαίοι Έλληνες πίστευαν ότι το φως αποτελείται από
ταχέος κινούμενα σωματίδια που εισέρχονται στο μάτι μας και το
διεγείρουν
Ο Νεύτων στηρίχτηκε στη σωματιδιακή φύση του φωτός και με
βάση την αρχή διατήρησης της ενέργειας και της ορμής διατύπωσε
το νόμο της ανάκλασης του φωτός
Στο κλασικό βιβλίο του OPTICS που πρωτοεμφανίστηκε το 1675
παρουσίασε μία από τις πρώτες συστηματικές μελέτες για το φως.
Σε αυτήν ομολογεί ότι :
« ΕΑΝ ΗΜΟΥΝ ΥΠΟΧΡΕΩΜΕΝΟΣ ΝΑ ΑΠΟΔΕΧΤΩ ΜΙΑ ΘΕΩΡΙΑ, Η
ΘΕΩΡΙΑ ΤΗΝ ΟΠΟΙΑ ΘΑ ΥΠΟΣΤΗΡΙΖΑ, ΕΙΝΑΙ ΑΥΤΗ ΤΗΣ ΕΚΠΟΜΠΗΣ
ΑΟΡΑΤΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΑΠΟ ΤΑ ΦΩΤΕΙΝΑ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΑ. ΕΙΝΑΙ Η
ΠΛΕΟΝ ΑΛΗΘΟΦΑΝΗΣ»

4. ΑΝΑΚΛΑΣΗ
ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ
φπρ
φαν
Γωνία πρόσπτωσης (φπρ) = Γωνία ανάκλασης (φαν)

5. ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΣΕ ΛΕΙΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΣΕ ΤΡΑΧΕΙΑ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ

6. ΚΥΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
Οι Huygens (1670) και Young (1803)πειραματιζόμενοι
σε φαινόμενα συμβολής και περίθλασης διετύπωσαν
ότι το φως είναι εγκάρσια κύματα.
Η κυματική θεωρία είχε βέβαια και τα αδύνατα σημεία
της. Το σημείο που φώτισε ο Νεύτων αρνούμενος να την
αποδεχτεί ήταν «εφόσον τα φωτεινά κύματα είναι κύματα
όπως εκείνα της θάλασσας ποιος είναι ο ωκεανός (το μέσο
διάδοσης) γι αυτά όταν το φως διαδίδεται στο κενό;» .
Αντίστοιχο ερώτημα για τα ηχητικά κύματα δεν είχε τεθεί
διότι οι φυσικοί είχαν βεβαιωθεί ότι ο ήχος δεν διαδίδεται
στο κενό.

7. ΤΟ ΦΩΣ ΕΊΝΑΙ ΚΥΜΑ. ΑΛΛΑ ΤΙ ΚΥΜΑ;
Ο James Clark Maxwell ο μεγαλύτερος θεωρητικός
φυσικός του 19ου αιώνα, με την Ηλεκτρομαγνητική
του θεωρία, έπεισε την επιστημονική κοινότητα ότι
το φως διαδίδεται με εγκάρσια κύματα ίδιας μορφής
με τα ηλεκτρομαγνητικά
Ηλεκτρομαγνητικό κύμα

8. Η θεωρία του Maxwell επιβεβαιώθηκε πειραματικά τo
1889 από τον Heinrich Hertz.
Επομένως αφού το φως είναι ηλεκτρομαγνητικό κύμα θα έχει
συχνότητα (f), μήκος κύματος (λ) και θα διαδίδεται με μια
συγκεκριμένη ταχύτητα η οποία θα εξαρτάται από το μέσο
διάδοσης(c). Για το κενό co=3.109m/s
Θεμελιώδης εξίσωση της κυματικής
c=f.λ
c
f λ

9. Το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται μήκη κύματος λ από
400nm( ιώδες) μέχρι 700nm (ερυθρό)
400nm<λορατό<700nm

10. ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
Η θεωρία της κυματικής φύσης του φωτός σαν εγκάρσιο
ηλεκτρομαγνητικό κύμα:
Υπερτερούσε στην εξηγήσει φαινομένου που έχουν να κάνουν
με την διάδοση του φωτός .
Μειονεκτούσε όμως στην εξήγηση φαινομένων που σχετίζονται
με την αλληλεπίδραση του φωτός με την ύλη.
Το 1900 ο γερμανός φυσικός Max Planck διατύπωσε την άποψη ότι:
Το φως και γενικότερα κάθε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία
εκπέμπεται και απορροφάται από τα άτομα της ύλης όχι κατά τρόπο
συνεχή αλλά ασυνεχώς.
Δηλ. το άτομο εκπέμπει και απορροφά στοιχειώδη ποσά ενέργειας,
που ονομάζονται κβάντα φωτός ή φωτόνια.
.

11. 5 μετά την δημοσίευση του Planck για την κβαντική φύση του
φωτός ο Einstein ερμήνευσε το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο κάτι
που του χάρισε το Nobel φυσικής.
Ο Einstein ισχυρίστηκε ότι:
Όταν το φως πέφτει πάνω στα μέταλλα, τότε μεταφέρεται
ενέργεια από ένα φωτόνιο σε ένα από τα ηλεκτρόνια του
ατόμου του μετάλλου. Δηλαδή το ηλεκτρόνιο αλληλεπιδράμε τα
φωτόνια του φωτός σαν να είναι το φωτόνιο σωματίδιο.

12. ΚΥΜΑΤΟΣΩΜΑΤΙΔΙΑΚΗ ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
Η θεωρία των κβάντα δεν αναιρεί την κυματική φύση του φωτός.
Το φωτόνιο έχει και κυματικές ιδιότητες.
π.χ. η ενέργεια του φωτονίου εξαρτάται από τη συχνότητά του f,
κάτι που είναι μία κατ’ εξοχή κυματική ιδιότητα
Έτσι σήμερα θεωρούμε ότι το φως έχει διπλή φύση , σωματιδιακή
και κυματική (κυματοσωματιδιακός δυισμός)
Για να ερμηνεύσουμε τα φαινόμενα που σχετίζονται με το φως,
άλλοτε το θεωρούμε σαν σώμα και άλλοτε σαν σωματίδιο.
Αθανασάκης Ιωάννης