Visā vēsturē cilvēce ir domājusi par tādas parādības kā gaisma būtību. No seniem laikiem līdz mūsdienām priekšstati par to ir mainījušies un pilnveidojušies. Populārākās hipotēzes bija tādas, ka gaisma ir daļiņa vai vilnis. Mūsdienu zinātnes nozari, kas pēta gaismas būtību un uzvedību, sauc par optiku.
Ideju par gaismu attīstības vēsture
Saskaņā ar seno grieķu filozofu, piemēram, Aristoteļa, idejām gaisma ir stari, kas izplūst no cilvēka acs. Caur ēteri, caurspīdīgu vielu, kas aizpilda telpu, šie stari izplatās, ļaujot cilvēkam redzēt objektus.
Cits filozofs Platons ierosināja, ka saule ir gaismas avots uz Zemes.
Filozofs un matemātiķis Pitagors uzskatīja, ka no objektiem izlido sīkas daļiņas. Nokļūstot cilvēka acīs, tie sniedz priekšstatu par šo objektu izskatu.
Neskatoties uz šķietamo naivumu, šīs hipotēzes lika pamatu tālākai domas attīstībai.
Tātad, 17. gadsimtā vācu zinātnieks Johanness Keplersizteica Platona un Pitagora idejām tuvu teoriju. Pēc viņa domām, gaisma ir daļiņa vai, precīzāk, daļiņu plūsma, kas izplatās no kāda avota.
Ņūtona korpuskulārā hipotēze
Zinātnieks Īzaks Ņūtons izvirzīja teoriju, kas apvienoja zināmā mērā pretrunīgas idejas par šo fenomenu.
Saskaņā ar Ņūtona hipotēzi gaisma ir daļiņa, kuras kustības ātrums ir ļoti liels. Korpusuļi izplatās viendabīgā vidē, vienmērīgi un taisni virzoties no gaismas avota. Ja šo daļiņu plūsma iekļūst acī, tad cilvēks novēro tās avotu.
Pēc zinātnieka domām, asinsķermenīši bija dažāda izmēra, radot dažādu krāsu iespaidu. Piemēram, lielas daļiņas veicina to, ka cilvēks redz sarkanu. Viņš argumentēja gaismas straumes atstarošanas fenomenu, daļiņām atsitoties no cietas barjeras.
Zinātnieks skaidroja b alto krāsu ar visu spektra krāsu kombināciju. Šis secinājums ir viņa dispersijas teorijas pamatā - parādība, ko viņš atklāja 1666. gadā.
Ņūtona hipotēzes guva lielu piekrišanu viņa laikabiedru vidū, izskaidrojot daudzas optiskās parādības.
Haigensa viļņu teorija
Cits tā paša laika zinātnieks Kristians Haigenss nepiekrita, ka gaisma ir daļiņa. Viņš izvirzīja viļņu hipotēzi par gaismas dabu.
Haigenss uzskatīja, ka visa telpa starp objektiem un pašos objektos ir piepildīta ar ēteri, un gaismas starojums ir impulsi, viļņi, kas izplatās šajā ēterī. Katra ētera daļa, kas sasniedz gaismuvilnis kļūst par tā saukto sekundāro viļņu avotu. Eksperimenti ar gaismas traucējumiem un difrakciju apstiprināja gaismas būtības viļņu skaidrojuma iespēju.
Haigensa teorija savā laikā nesaņēma lielu atzinību, jo vairums zinātnieku gaismu uzskatīja par daļiņu. Tomēr pēc tam to pieņēma un pilnveidoja daudzi zinātnieki, piemēram, Jungs un Fresnels.
Viedojuma tālāka attīstība
Jautājums par to, kas fizikā ir gaisma, joprojām nodarbināja zinātnieku prātus. 19. gadsimtā Džeimss Klerks Maksvels izstrādāja teoriju, ka gaismas starojums ir augstas frekvences elektromagnētiskie viļņi. Viņa idejas balstījās uz faktu, ka gaismas ātrums vakuumā ir vienāds ar elektromagnētisko viļņu ātrumu.
1900. gadā Makss Planks zinātnē ieviesa terminu "kvants", kas tulkojumā nozīmē "daļa", "mazs daudzums". Pēc Planka domām, elektromagnētisko viļņu starojums nenotiek nepārtraukti, bet gan pa daļām, kvantos.
Šīs idejas izstrādāja Alberts Einšteins. Viņš ierosināja, ka gaismu ne tikai izstaro, bet arī absorbē un izplata daļiņas. Lai tos apzīmētu, viņš izmantoja vārdu "fotoni" (šo terminu pirmais ierosināja Gilberts Lūiss).
Daļiņu-viļņu dualitāte
Mūsdienu gaismas būtības skaidrojums slēpjas viļņu-daļiņu dualitātes jēdzienā. Šīs parādības būtība ir tāda, ka matērijai var būt gan viļņu, gan daļiņu īpašības. Gaisma ir šādas vielas piemērs. Zinātnieku pētījumi, kuri nonākuši pie šķietami pretējiem viedokļiem, apstiprina gaismas duālo dabu. Gaisma vienlaikus ir gan daļiņa, gan vilnis. Katras šīs īpašības izpausmes pakāpe ir atkarīga no konkrētajiem fiziskajiem apstākļiem. Dažos gadījumos gaisma uzrāda elektromagnētiskā viļņa īpašības, kas apstiprina tā rašanās viļņu teoriju, citos gadījumos gaisma ir asinsķermenīšu (fotonu) plūsma. Tas dod pamatu apgalvot, ka gaisma ir daļiņa.
Gaisma kļuva par pirmo matēriju fizikas vēsturē, kas atzina korpuskulāro viļņu duālismu. Vēlāk šī īpašība tika atklāta vairākos citos jautājumos, piemēram, viļņu uzvedība tiek novērota molekulās un nukleonos.
Rezumējot, varam teikt, ka gaisma ir unikāla parādība, kuras ideju attīstības vēsturei ir vairāk nekā divi tūkstoši gadu. Saskaņā ar mūsdienu izpratni par šo fenomenu gaismai ir divējāda daba, kas parāda gan viļņu, gan daļiņu īpašības.
