 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
83
К электромагнитному полю применим только принцип относительности Эйнштейна, поскольку
факт распространения электромагнитных волн в вакууме во всех системах отсчета с одинаковой
скоростью не совместим с принципом относительности Галилея.
3.11. Корпускулярно-волновые свойства света
Развитие представлений о свете
Теория Максвелла, являясь обобщением основных законов электрических и магнитных
явлений, не только смогла объяснить уже известные к тому времени экспериментальные факты,
что также является важным ее следствием, но и предсказала новые явления. Так, было
предсказано существование электромагнитньх волн – переменного электромагнитного поля,
распространяющегося в пространстве с конечной скоростью. В дальнейшем было доказано, что
скорость распространения свободного электромагнитного поля (не связанного с зарядами и
токами) в вакууме равна скорости света. Данный вывод и теоретическое исследование свойств
электромагнитных волн привели Максвелла к созданию электромагнитной теории света, в
соответствии с которой свет представляет собой также электромагнитные волны.
Электромагнитные волны были впервые обнаружены немецким физиком Г. Герцем (1857–1894),
доказавшим, что законы их возбуждения и распространения полностью описываются уравнениями
Максвелла.
Согласно современным представлениям, электромагнитная природа света – это лишь одна
разновидность проявления света. Другая разновидность характеризуется его квантовой природой.
Такое двойственное представление природы света сложилось в результате длительного развития
теории света.
В конце XVII в. почти одновременно возникли две, казалось бы, взаимоисключающие теории
света: И. Ньютон предложил теорию, согласно которой свет представляет собой поток световых
частиц (корпускул), летящих от светящегося тела по прямолинейным траекториям; современник
И. Ньютона, нидерландский физик X. Гюйгенс (1629–1695) выдвинул волновую теорию,
рассматривающую свет как упругую волну, распространяющуюся в мировом эфире.
В течение ста с лишним лет корпускулярная теория имела гораздо больше приверженцев, чем
волновая. Однако в начале XIX в. французскому физику О.Ж. Френелю (1788–1827) удалось на
основе волновых представлений объяснить все известные в то время оптические явления. В
результате волновая теория света получила всеобщее признание, а корпускулярная теория была
забыта почти на столетие. В 1851 г. французский ученый Ж.Б.Л. Фуко (1819–1868), измерив
скорость света в воде, получил еще одно экспериментальное доказательство справедливости
волновой теории.
Первоначально считалось, что свет – это поперечная волна, распространяющаяся в
гипотетической упругой среде, будто бы заполняющей все мировое пространство и получившей
название мирового эфира. После создания электромагнитной теории на смену упругим световым
волнам пришли электромагнитные волны.
В конце XIX– начале XX вв. ряд новых опытов заставил вновь вернуться к представлению об
особых световых частицах – фотонах. Было установлено, что свет имеет двойственную природу,
сочетая в себе как волновые свойства, так и свойства, присущие частицам. В одних явлениях,
таких, как интерференция, дифракция и поляризация, свет ведет себя как волна, в других
(фотоэффект, эффект Комптона) – как поток частиц (фотонов).
Теория Максвелла и ее экспериментальное подтверждение приводят к единой теории
электрических, магнитных и оптических явлений, базирующейся на представлении об
электромагнитном поле.
Согласно электромагнитной теории Максвелла:
где с и ? – соответственно скорости распространения света в вакууме и в среде с
диэлектрической проницаемостью
?
и магнитной проницаемостью
?;
n – показатель преломления среды.
Данное соотношение связывает оптические, электрические и магнитные , характеристики
вещества. По Максвеллу,
?
и
?
– величины, не зависящие от длины волны света, поэтому
электромагнитная теория не смогла объяснить явление дисперсии (зависимость показателя