Светлината е фасцинантен феномен што ги заинтригира научниците и филозофите со векови. Во неговото јадро, светлината се однесува и како бран и како честичка, концепт познат како двојност бран-честичка. Во оваа лекција, ќе се фокусираме на брановиот аспект на светлината, истражувајќи ги нејзините својства, однесување и импликациите што тие ги имаат врз нашето разбирање на светот околу нас.
Светлинските бранови се форма на електромагнетно зрачење што е видливо за човечкото око. Овие бранови се состојат од осцилирачки електрични и магнетни полиња кои патуваат низ просторот и материјата. За разлика од механичките бранови, за кои е потребен медиум за патување, светлосните бранови можат да се шират низ вакуум, овозможувајќи им да патуваат огромни растојанија низ универзумот.
Брзината на светлината во вакуум е приближно \(3.00 \times 10^{8}\) метри во секунда ( \(c\) ), основна константа во физиката. Оваа неверојатна брзина и овозможува на светлината да патува од Сонцето до Земјата за околу 8 минути, покривајќи растојание од 150 милиони километри.
Неколку клучни карактеристики ги дефинираат светлосните бранови:
Светлинските бранови покажуваат неколку однесувања додека комуницираат со материјали и други бранови:
Однесувањето на светлосните бранови може математички да се опише со равенката на брановите:
\( \frac{\partial^2 u}{\partial t^2} = c^2 \nabla^2 u \)Каде што \(u\) ја претставува брановата функција, \(t\) е време, \(c\) е брзината на светлината во медиумот и \(\nabla^2\) е лапласки оператор, означувајќи го бранот ширење во вселената.
Разбирањето на светлосните бранови доведе до значителен напредок во технологијата и науката. На пример:
Овие апликации само ја гребеат површината за тоа како нашето разбирање за светлосните бранови го обликувало модерното општество. Основните својства на светлосните бранови - нивната брзина, бранова должина, фреквенција и амплитуда - продолжуваат да поттикнуваат иновации во различни области.
Додека луѓето можат да видат само мал дел од електромагнетниот спектар, познат како видлива светлина, светлосните бранови опфаќаат широк опсег на бранови должини. Надвор од видливата светлина, електромагнетниот спектар вклучува ултравиолетова светлина, инфрацрвено зрачење, микробранови, радио бранови и многу повеќе, секој со свои уникатни својства и апликации.
Боите што ги перципираме се одредуваат според брановата должина на светлината, со виолетова на најкраткиот крај на видливиот спектар (околу 380 nm) и црвена на најдолгиот крај (околу 700 nm). Секоја боја одговара на одредена бранова должина во овој опсег, создавајќи ја богатата палета на бои што ја доживуваме во светот.
Еден едноставен експеримент кој ја демонстрира брановата природа на светлината е експериментот со двојни пресеци, кој го прикажува феноменот на пречки. Кога светлината поминува низ два блиску распоредени процепи и на екранот, таа создава шема на светли и темни реси. Овој модел може да се објасни само со брановата природа на светлината, бидејќи брановите од секој процеп се во интеракција на конструктивен и деструктивен начин.
Друг вообичаен експеримент вклучува употреба на призма за распрснување на белата светлина во нејзините составни бои. Оваа дисперзија се јавува затоа што различни бранови должини на светлината се прекршуваат (свиткуваат) со различни количини додека минуваат низ призмата, ширејќи се за да формираат спектар. Овој експеримент прекрасно го илустрира концептот на бранова должина и неговата врска со бојата.
Во оваа лекција, го истраживме основниот концепт на светлосните бранови, нивните карактеристики, однесувања и длабокото влијание што тие го имаат врз нашиот секојдневен живот и научното разбирање. Од основните својства како бранова должина, фреквенција и амплитуда, до сложени однесувања како рефлексија, прекршување, дифракција и пречки, светлосните бранови продолжуваат да го откриваат сложениот балет на природните сили. Нашето патување низ светот на светлината е доказ за човечката љубопитност и нашата немилосрдна потрага по знаење, осветлувајќи го патот до откривањето и иновациите.
