Физика в быту

Столь малые длины волн долго «скрывали» от учёных волновые свойства света, не позволяя заметить типичные для волн любой природы явления интерференции (когда при наложении волн одинаковой частоты в одних точках пространства они гасят друг друга, а в других – усиливают) и дифракции (способности волн огибать преграды и попадать в область геометрической тени).

Когда вы любуетесь радужной окраской мыльных пузырей или цветными переливами бензиновых плёнок на воде, вы наблюдаете явление интерференции света: в зависимости от переменчивой толщины плёнки где-то произошло усиление голубых световых волн, отраженных от верхней и нижней поверхностей плёнки и наложенных друг на друга, а где-то – красных… а когда вы видите «радугу» на компакт-диске, поднесённом к лампе, вы встречаетесь с явлением дифракции.

Во второй половине XVII века Ньютон экспериментально доказал, что белый свет состоит из набора чистых цветов: от красного до фиолетового. Он раскладывал белый свет в цветную радужную полоску (спектр) с помощью призмы и соединял затем все цвета обратно в белый свет. Вы наверняка видели, как солнечный свет, пройдя сквозь гранёный стакан на столе или призматическую подвеску люстры, рождает радужные полоски на столе или на стене – это и есть разложение белого света в спектр. Если выделить из спектра белого света одноцветный пучок (например, с помощью щели), то никаких дальнейших превращений его цвета при прохождении через оптические системы уже не происходит. Такой спектрально чистый цвет называют монохроматическим (то есть «одноцветным»).

Ньютон полагал, что свет – это скорее частицы (корпускулы), нежели волны. Но в первой половине XIX века Юнг, Френель и другие физики убедительно продемонстрировали волновые свойства света – интерференцию и дифракцию. К концу XIX века, благодаря теории электромагнитных полей Максвелла и экспериментам Генриха Герца, была доказана электромагнитная природа световых волн и измерена их скорость: 300 тысяч км в секунду (в пустоте). Однако в начале XX века выяснилось, что Ньютон не так уж и заблуждался: в некоторых явлениях свет ведёт себя именно как поток неделимых частиц. Их назвали фотонами.

Наиболее явно корпускулярные свойства света проявляются в явлении фотоэффекта – выбивания светом электронов с поверхности металлов. При освещении полупроводников наблюдается внутренний фотоэффект: фотоны отрывают электроны от атомов, но освобожденные электроны не покидают полупроводник, который благодаря им получает способность хорошо проводить ток. Внутренний фотоэффект лежит в основе работы солнечных батарей.

Такое двойственное поведение света – и как волн, и как частиц – поставило физиков в тупик. В итоге они смирились с таким странным поведением света и назвали это корпускулярно-волновым дуализмом (хотя до сих пор мы не можем наглядно объяснить такое свойство). Оказалось, что в этом смысле фотоны ничем не отличаются от других объектов микромира, которые тоже в каких-то явлениях ведут себя как волны, а в других – как частицы.

Вездесущее излучение

Электромагнитные волны, видимые или невидимые, непрерывно излучаются абсолютно всеми телами: живыми и неживыми, твёрдыми, жидкими и газообразными, холодными и горячими. Речь идёт о так называемом тепловом излучении – самом универсальном, можно сказать, вездесущем виде излучений. Если тело нагрето менее чем до 500 °C (примерно), то его тепловое излучение невидимо для нас. Но мы можем ощущать его кожей как тепло, если источник теплее нас самих. Длины волн такого излучения превышают 750 нм, то есть лежат в инфракрасном диапазоне. Действие тепловизоров (приборов ночного видения) основано на регистрации теплового излучения живых объектов, которые теплее окружающей среды.

Электромагнитные излучения, примыкающие к красному концу видимого спектра и имеющие длины волн от 750 нм до примерно 2 мм, называют инфракрасным излучением.