Корпускулярная теория света

Корпускулярная теория света (называемая также эмиссионной теорией) — теория о природе света, обоснованная в XVII веке Пьером Гассенди и Исааком Ньютоном. Согласно этой теории, свет состоит из мелких частиц («корпускул»), испускаемых светящимися телами. Эти частицы движутся по прямой линии с конечной скоростью, обладают массой и импульсом. В противоположность корпускулярной теории, обсуждалось также альтернативное представление Рене Декарта и Роберта Гука: свет есть волны в эфире.

Корпускулярная теория хорошо согласовывалась с законами геометрической оптики, однако другие оптические явления, открытые в том же XVII веке (дифракция и интерференция) с корпускулярных позиций плохо поддавались объяснению. Ньютон посвятил этим явлениям вторую и третью книгу своей «Оптики» (1704 год), ограничившись построением их математической модели, хотя всё же склонялся к корпускулярной теории. В XIX веке победил волновой подход. Однако в начале XX века выяснилось, что свет имеет двойственную природу и может, в зависимости от конкретной ситуации, проявлять как корпускулярные, так и волновые свойства.

История

Первые гипотезы о природе света 
Развитие геометрической оптики наталкивало учёных древности на мысль, что свет испускается светящимися телами в виде некоторой лучистой материи (флюида). Взгляды пифагорейцев и Эмпедокла (V век ) были близки к эмиссионной теории. В частности, Платон и Евклид считали источником зрения «световой флюид», исходящий из глаза и сливающийся с солнечным светом. Атомисты Эпикур и Лукреций Кар также полагали, что свет есть вид материи. Аристотель критиковал атомистов, однако ясной собственной теории не выдвинул. Сочинения античных авторов по оптике (в том числе Клавдия Птолемея и Герона) содержат больше геометрии, чем физики.

Арабский натурфилософ Ибн аль-Хайсам (XI век) отверг теорию, что глаз испускает собственные лучи, и правильно объяснил механизм зрения. Английский учёный Роджер Бэкон (XIII век) первым высказал мнение, что свет — это не поток каких-то частиц, а «распространение движения», тем самым дав первый намёк на волновую теорию света.

Гассенди 
Ядром философии Пьера Гассенди является его теория атомистической материи. В своей работе Syntagma Philosophicum («Философский трактат»), опубликованной посмертно в 1658 году, Гассенди попытался объяснить природные явления, включая и свет, в терминах атомов и пустоты. Гассенди считал, что атомы движутся в пустом пространстве, что противоречит аристотелевской точке зрения о том, что Вселенная полностью заполнена материей.

Гассенди утверждал, что свет — это поток частиц, которые относятся к разным типам (например, цветам). В его оптике атомистическая теория света противостоит взглядам Декарта на свет как на волновое движение. Для Гассенди свет — это свойство, переносимое определёнными атомами (), которые идентичны атомам тепла. Они имеют тенденцию двигаться с чрезвычайно высокой скоростью, потому что на их пути обычно меньше препятствий, чем у большинства других атомов.

Ньютон 
Примерно через полвека после Гассенди Исаак Ньютон использовал существующие корпускулярные теории для разработки своей теории частиц света.

Судя по сохранившимся записям, в начале своей научной деятельности Ньютон склонялся к волновой теории света. В 1672 году он утверждал, например, что цвет связан с частотой волн света:

Наибольшие колебания эфира дают ощущение красного цвета, наименьшие и наиболее короткие — фиолетового, а промежуточные — промежуточных цветов.

Однако позднее Ньютон изменил свою позицию и превратился в решительного противника волновой теории. Причину этого он сформулировал в своём трактате «Оптика» (вопрос 28): несовместимость прямолинейного распространения света с его волновым характером. Ньютон пришёл к выводу, что геометрические свойства отражения и преломления света можно объяснить, только если свет состоит из частиц-корпускул. Судя по всему, Ньютон не осознавал, что явление дифракции как раз и доказывает непрямолинейность распространения света (парадоксально, но даже Гук и Гюйгенс, сторонники волновой теории, этого не поняли).

Дальнейшее развитие 
Корпускулярная теория, развитая Ньютоном, преобладала в физике более 100 лет, отчасти из-за большого престижа Ньютона. В начале XIX века, когда корпускулярная теория не смогла адекватно объяснить дифракцию, интерференцию и поляризацию света, от неё отказались в пользу волновой теории Юнга — Френеля.

В некоторой степени корпускулярная теория света возродилась в XX веке, когда были обнаружены явления, которые с помощью волновой теории объяснить не удалось. Это — давление света, фотоэффект, Комптон-эффект и законы теплового излучения. В настоящее время свет рассматривается как волна и поток частиц одновременно. Частицы света получили специальное название. Макс Планк назвал их световыми квантами (1900), а Гилберт Льюис — фотонами (1926). Оба этих названия используют до сих пор.

См. также 
 «Оптика» Исаака Ньютона
 Скорость гравитации
 Философия физики

Примечания

Литература

Ссылки 
 Наблюдение за квантовым поведением света в лаборатории бакалавриата Дж. Дж. Торн и др.: Американский физический журнал 72, 1210—1219 (2004).
 Пьер Гассенди. Фишер, Сол. 2009 год, Стэнфордская философская энциклопедия.
 Исаак Ньютон. Смит, Джордж. 2007 год, Стэнфордская философская энциклопедия.
 Роберт Бойль. Макинтош, Дж. Дж. 2010 год, Стэнфордская философская энциклопедия.
 YouTube видео. Физика — корпускулярная теория света Ньютона — Наука. Загружено 5 января 2013 года.
 Критика теории света и цвета Ньютона Роберта Гука (1672 год) Роберт Гук. Томас Бёрч, История Королевского общества, т. 3 (Лондон: 1757), стр. 10-15. Проект Ньютон, Университет Сассекса.

История физики
Свет
Устаревшие научные теории
Исаак Ньютон
Философия природы