A HUYGENS FÉNY HULLÁMELMÉLETE - FIZIKAI - 2025

A fény hullámelmélete Huygens a fényt olyan hullámként határozta meg, amely hasonló a vízben keletkező hang- vagy mechanikai hullámokhoz. Newton viszont azt állította, hogy a fény anyagi részecskékből épül fel, amelyeket testtestnek nevez.

A fény mindig felkeltette az emberi érdeklődést és kíváncsiságot. Ilyen módon a fizika egyik alapvető problémája a kezdetektől fogva a fény rejtélyeinek feltárása volt.

Christiaan huygens

Ezen okok miatt a tudomány története során különböző elméletek léteznek, amelyek megpróbálták megmagyarázni annak valódi természetét.

Azonban csak a tizenhetedik század végén és a tizennyolcadik század elején, Isaac Newton és Christiaan Huygens elméleteivel kezdték megmozgatni az alapokat a fény mélyebb megértésének.

A Huygens fényhullám-elmélete

Christiaan Huygens 1678-ban megfogalmazta fényhullám-elméletét, amelyet később 1690-ben publikált a fényről szóló értekezésében.

A holland fizikus azt javasolta, hogy a fényt minden irányba bocsássák ki olyan hullámkészletként, amely éternek nevezett közegen halad át. Mivel a hullámokat nem befolyásolja a gravitáció, feltételezte, hogy a hullámok sebessége csökkenni fog, ha egy sűrűbb közegbe lépnek.

Modellje különösen hasznos volt a Snell-Descartes reflexiós és refrakciós törvényének magyarázatában. Megfelelően magyarázta a diffrakció jelenségét.

Elmélete alapvetően két fogalomra épült:

a) A fényforrások gömb alakú hullámokat bocsátanak ki, hasonlóan a víz felszínén fellépő hullámokhoz. Ilyen módon a fénysugarat olyan vonalak határozzák meg, amelyek iránya merőleges a hullám felületére.

b) A hullám minden pontja viszont egy új sugárzó központ a másodlagos hullámok számára, amelyeket ugyanolyan frekvenciával és sebességgel bocsátanak ki, mint az elsődleges hullámokat. A szekunder hullámok végtelenségét nem érzékeljük, tehát az ezekből a másodlagos hullámokból származó hullám a boríték.

Huygens hullámelméletét azonban a kor tudósai nem fogadták el, néhány kivételtől eltekintve, mint például Robert Hooke.

Newton óriási presztízse és a nagy siker, melyet mechanikája elért, valamint az éter fogalmának megértésével kapcsolatos problémák, a kortárs tudósok többségét arra késztette, hogy az angol fizikus korpuszkuláris elméletét válasszák.

Visszaverődés

A reflexió egy optikai jelenség, amely akkor fordul elő, amikor egy hullám ferdén esik a két közeg közötti elválasztó felületre, és irányváltozáson megy keresztül, és a mozgás energiájának egy részével együtt kerül vissza az első közegbe.

A reflexió törvényei a következők:

Első törvény

A visszavert sugár, a beesés és a normál (vagy merőleges) ugyanabban a síkban helyezkedik el.

Második törvény

A beesési szög értéke pontosan megegyezik a visszaverődési szög értékével.

Huygens elve lehetővé teszi, hogy bemutassuk a reflexió törvényeit. Megállapítást nyert, hogy amikor egy hullám eléri a közeg elválasztását, minden pont új sugárzó fókuszvá válik, amely másodlagos hullámokat bocsát ki. A visszavert hullámfront a szekunder hullámok burkolója. Ennek a visszavert másodlagos hullámnak a szöge pontosan megegyezik a beesési szöggel.

Fénytörés

A refrakció azonban az a jelenség, amely akkor fordul elő, amikor egy hullám ferdén beüt a két eltérő törésmutatójú közeg közötti résbe.

Amikor ez megtörténik, a hullám behatol, és egy fél másodpercig továbbadódik, a mozgás energiájának egy részével együtt. A fénytörés annak következtében következik be, hogy a hullámok eltérő sebességgel terjednek a különböző közegekben.

A törés tipikus példája akkor figyelhető meg, amikor egy tárgyat (például egy ceruzát vagy egy golyóstollot) részlegesen egy pohár vízbe helyeznek.

Huygens elve meggyőző magyarázatot adott a refrakcióra. A két közeg közötti határon elhelyezkedő hullámfronton lévő pontok új fényterjedési forrásokként működnek, és így a terjedés iránya megváltozik.

fényelhajlás

A diffrakció a hullámok jellegzetes fizikai jelensége (minden típusú hullámban előfordul), amely abban áll, hogy a hullámok elhajlanak, amikor akadályba ütköznek az útjukon vagy áthaladnak egy résen.

Ne feledje, hogy a diffrakció csak akkor fordul elő, ha a hullámot egy olyan akadály torzítja, amelynek méretei összehasonlíthatók a hullámhosszával.

A Huygens-elmélet kifejti, hogy amikor a fény egy résre esik, a síkban lévő összes pont másodlagos hullámforrássá válik, és - mint korábban már kifejtettük - új hullámokat bocsát ki, amelyeket ebben az esetben diffúziós hullámoknak hívnak.

A Huygens-elmélet megválaszolatlan kérdései

Huygens elve számos kérdést megválaszolatlanul hagyott. Állítása, miszerint a hullámfront minden pontja új hullám forrása volt, nem magyarázta meg, hogy a fény miért terjed mind hátra, mind előre.

Hasonlóképpen, az éter fogalmának magyarázata nem volt teljesen kielégítő, és ez volt az egyik oka annak, hogy elméletét eredetileg nem fogadták el.

A hullámmodell helyreállítása

A hullámmodell csak a 19. században helyreállt. Elsősorban Thomas Young hozzájárulásának köszönhetően sikerült magyarázni az összes fény jelenségét azon az alapon, hogy a fény egy hosszanti hullám.

Pontosabban, 1801-ben elvégezte híres kettős hasított kísérletét. Ezzel a kísérlettel Young ellenőrizte egy interferenciamintázatot egy távoli fényforrás fényében, amikor az diffrakció után két résen áthaladt.

Hasonlóképpen, Young a hullámmodell segítségével magyarázta a fehér fény szóródását a szivárvány különböző színében. Megmutatta, hogy minden közegben a fényt alkotó színek mindegyikének jellemző frekvenciája és hullámhossza van.

Ilyen módon, ennek a kísérletnek köszönhetően bemutatta a fény hullám jellegét.

Érdekes, hogy az idő múlásával ez a kísérlet kulcsfontosságúnak bizonyult a corpuscle hullám kettősségének fényében, amely a kvantummechanika alapvető jellemzője.

Irodalom

1. Burke, John Robert (1999). Fizika: a dolgok természete. Mexico DF: Nemzetközi Thomson Editores.
2. "Christiaan Huygens." A világéletrajz enciklopédia. 2004. Encyclopedia.com. (2012. december 14).
3. Tipler, Paul Allen (1994). Fizikai. 3. kiadás. Barcelona: Megfordítottam.
4. David AB Miller Huygens hullámterjedési elvét korrigálták, Optics Letters 16, pp. 1370-2 (1991)
5. Huygens - Fresnel-elv (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 1-jén, az en.wikipedia.org webhelyről.
6. Fény (második). A Wikipediaban. Visszakeresve: 2018. április 1-jén, az en.wikipedia.org webhelyről.

Young kísérlete (második). A Wikipedia. Visszakeresve: 2018. április 1-jén, az es.wikipedia.org webhelyről.