IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Первые волновые теории света (их можно считать старейшими вариантами теорий электромагнитного излучения) восходят, по меньшей мере, к временам Гюйгенса¹, когда они получили уже и заметное количественное развитие.

Х. Гюйгенс

В 1678 году Гюйгенс выпустил «Трактат о свете» – набросок волновой теории света. Другое замечательное сочинение он издал в 1690 году; там он изложил качественную теорию отражения, преломления и двойного лучепреломления в исландском шпате в том самом виде, как она излагается теперь в учебниках физики. Сформулировал так называемый принцип Гюйгенса, позволяющий исследовать движение волнового фронта, впоследствии развитый Френелем² [3] (принцип Гюйгенса-Френеля) и сыгравший важную роль в волновой теории света, и теории дифракции.

О.-Ж. Френель

В 1660–1670 г. существенный теоретический и экспериментальный вклад в физическую теорию света внесли также Ньютон и Гук [3].

Исаак Ньютон Роберт Гук

Многие положения корпускулярно-кинетической теории М.В. Ломоносова (1740–1750) [3] предвосхищают постулаты электромагнитной теории: вращательное («коловратное») движение частиц как прообраз электронного облака, волновая («зыблющаяся») природа света, общность её с природой электричества, отличие от теплового излучения и т.д.

М.В. Ломоносов

В 1800 г. английский учёный У. Гершель³ [3] открыл инфракрасное излучение.

У. Гершель

В 1801 году И. Риттер⁴ [3] открыл ультрафиолетовое излучение.

И. Риттер в 1804 г.

Существование электромагнитных волн предсказал английский физик М. Фарадей⁵ в 1832 г. [3].

М. Фарадей

В 1865 г. физик Дж. Максвелл⁶ [3] завершил построение теории электромагнитного поля классической (неквантовой) физики, строго оформив её математически, и на её основе получив твёрдое обоснование существования электромагнитных волн, а также найдя скорость их распространения (неплохо совпадающую с известным тогда значением скорости света), что позволило ему обосновать и предположение о том, что свет является электромагнитной волной.

Дж. К. Максвелл

В 1888 году немецкий физик Герц⁷ [3] подтвердил теорию Максвелла опытным путём. Интересно, что Герц не верил в существование этих волн и проводил свой опыт с целью опровергнуть выводы Максвелла.

Г. Герц В. Рёнтген

8 ноября 1895 года В. Рёнтген⁸ [3] открыл электромагнитное излучение (получившее впоследствии название рентгеновского) более коротковолнового диапазона, чем ультрафиолетовое.

В конце 19 столетия белорусский учёный, профессор Я. Наркевич-Иодко⁹ впервые в мире исследовал возможности использования электромагнитного излучения газоразрядной плазмы для электрографии (визуализации) живых организмов, то есть для нужд практической медицины.

В 1900 г. Поль Виллар¹⁰ [3] при изучении излучения радия открыл гамма-излучение.

Поль Виллар

В 1900 году Планк при теоретическом исследовании проблемы излучения абсолютно чёрного тела открывает квантованность процесса электромагнитного излучения. Эта работа стала началом квантовой физики.

Начиная с 1905 года Эйнштейн, а затем и Планк публикуют ряд работ, приведших к формированию понятия фотона, что стало началом создания квантовой теории электромагнитного излучения.

Альберт Эйнштейн Макс Планк

Дальнейшие работы по квантовой теории излучения и его взаимодействия с веществом, приведшие в итоге к формированию квантовой электродинамики в её современном виде, принадлежит ряду ведущих физиков середины 20 века, среди которых можно выделить, применительно именно к вопросу квантования электромагнитного излучения и его взаимодействия с веществом, кроме Планка и Эйнштейна, Бозе, Бора, Гейзенберга, Де-Бройля, Дирака, Фейнмана, Швингера, Томонагу.

Литература

1. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для студентов вузов. – 11-е изд., перераб. и доп.– М.: КНОРУС, 2012. – 670 с.

2. Френкель Е.Н. Концепции современного естествознания: физические, химические и биологические концепции : учеб. пособие. – Ростов н/Д: Феникс, 2014. – 246 с.

3. Интернет-ресурсы (ru.wikipedia.org):

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BB%D1%8C,_%D0%9E%D0%B3%D1%8E%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BD_%D0%96%D0%B0%D0%BD (Френель)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%BE%D0%BD,_%D0%98%D1%81%D0%B0%D0%B0%D0%BA (Ньютон)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%83%D0%BA,_%D0%A0%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D1%80%D1%82 (Гук)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B2,_%D0%9C%D0%B8%D1%85%D0%B0%D0%B8%D0%BB_%D0%92%D0%B0%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D1%87#cite_ref-1 (Ломоносов)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D1%80%D1%88%D0%B5%D0%BB%D1%8C,_%D0%A3%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D1%8F%D0%BC (Гершель)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B8%D1%82%D1%82%D0%B5%D1%80,_%D0%98%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%BD_%D0%92%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B3%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC (Риттер)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B5%D0%B9,_%D0%9C%D0%B0%D0%B9%D0%BA%D0%BB (Фарадей)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%BA%D1%81%D0%B2%D0%B5%D0%BB%D0%BB,_%D0%94%D0%B6%D0%B5%D0%B9%D0%BC%D1%81_%D0%9A%D0%BB%D0%B5%D1%80%D0%BA (Максвелл)

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%B3%D0%B5%D0%BD,_%D0%92%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%B3%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BC_%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%80%D0%B0%D0%B4 (Рёнтген)

1^ Христиа́н Гю́йгенс ван Зёйлихем (нидерл. Christiaan Huygens; 14.04.1629, Гаага – 8.07.1695, Гаага) – нидерландский механик, физик, математик, астроном и изобретатель. Один из основоположников теоретической механики и теории вероятностей. Внёс значительный вклад в оптику, молекулярную физику, астрономию, геометрию, часовое дело. Открыл кольца Сатурна и Титан (спутник Сатурна). Первый иностранный член Лондонского королевского общества (1663), член Французской академии наук с момента её основания (1666) и её первый президент (1666–1681).

2^ Огюсте́н Жан Френе́ль (фр. Augustin-Jean Fresnel; 10.05.1788–14.07.1827) – французский физик, один из создателей волновой теории света. Основные работы Френеля посвящены физической оптике. Физику изучал самостоятельно после ознакомления с работами Э. Малюса. Также самостоятельно начал проводить эксперименты по оптике. В 1815 переоткрыл принцип интерференции, проделав по сравнению с Томасом Юнгом несколько новых опытов (в частности опыт с «бизеркалами Френеля»). В 1816 году дополнил принцип Гюйгенса, введя представление о когерентной интерференции элементарных волн, излучаемых вторичными источниками (принцип Гюйгенса – Френеля). Исходя из этого принципа, в 1818 разработал теорию дифракции света, на основе которой предложил метод расчёта дифракционной картины, основанный на разбиении фронта волны на зоны (так называемые зоны Френеля). С помощью этого метода рассмотрел задачу о дифракции света на краю полуэкрана и круглого отверстия. В 1821 независимо от Т. Юнга доказал поперечность световых волн. В 1823 установил законы изменения поляризации света при его отражении и преломлении (формулы Френеля). Изобрёл несколько новых интерференционных приборов (зеркала Френеля, бипризма Френеля, линза Френеля). В 1823 Френель был избран членом Парижской АН. В 1825 стал членом Лондонского королевского общества. Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни. Скончался в возрасте 39 лет от туберкулёза.

3^ Фредерик Уильям (Фридрих Вильгельм) Гершель (англ. Frederick William Herschel, нем. Friedrich Wilhelm Herschel; 15.11.1738, Ганновер – 25.08.1822, Слау близ Лондона) – английский астроном немецкого происхождения. Прославился открытием планеты Уран, а также двух её спутников – Титании и Оберона. Он также является первооткрывателем двух спутников Сатурна и инфракрасного излучения. Менее известен двадцатью четырьмя симфониями, автором которых он является.

4^ Иога́нн Вильге́льм Ри́ттер (нем. Johann Wilhelm Ritter; 16.12.1776, Гаунау, Силезия (сейчас Хойнув, Польша) – 23.01.1810, Мюнхен) – немецкий химик, физик, философ-романтик. Сделал ряд важнейших открытий в области электрохимии и ультрафиолетового излучения. Ему принадлежит открытие ультрафиолетовой части электромагнитного спектра.

5^ Майкл Фараде́й (англ. Michael Faraday, 22.09.1791, Лондон – 25.08.1867, Лондон) – английский физик-экспериментатор и химик. Член Лондонского королевского общества (1824) и множества других научных организаций, в том числе иностранный почётный член Петербургской академии наук (1830). Открыл электромагнитную индукцию, лежащую в основе современного промышленного производства электричества и многих его применений. Создал первую модель электродвигателя. Среди других его открытий – первый трансформатор, химическое действие тока, законы электролиза, действие магнитного поля на свет, диамагнетизм. Первым предсказал электромагнитные волны. Фарадей ввёл в научный обиход термины ион, катод, анод, электролит, диэлектрик, диамагнетизм, парамагнетизм и др. Фарадей – основоположник учения об электромагнитном поле, которое затем математически оформил и развил Максвелл. Основной идейный вклад Фарадея в физику электромагнитных явлений заключался в отказе от ньютонова принципа дальнодействия и во введении понятия физического поля – непрерывной области пространства, сплошь заполненной силовыми линиями и взаимодействующей с веществом.

6^Джеймс Клерк Ма́ксвелл (англ. James Clerk Maxwell; 13.06.1831, Эдинбург, Шотландия – 5.11.1879, Кембридж, Англия) – британский физик, математик и механик. Шотландец по происхождению. Член Лондонского королевского общества (1861). Максвелл заложил основы современной классической электродинамики (уравнения Максвелла), ввёл в физику понятия тока смещения и электромагнитного поля, получил ряд следствий из своей теории (предсказание электромагнитных волн, электромагнитная природа света, давление света и другие). Один из основателей кинетической теории газов (установил распределение молекул газа по скоростям). Одним из первых ввёл в физику статистические представления, показал статистическую природу второго начала термодинамики («демон Максвелла»), получил ряд важных результатов в молекулярной физике и термодинамике (термодинамические соотношения Максвелла, правило Максвелла для фазового перехода жидкость – газ и другие). Пионер количественной теории цветов; автор трёхцветного принципа цветной фотографии. Среди других работ Максвелла – исследования по механике (фотоупругость, теорема Максвелла в теории упругости, работы в области теории устойчивости движения, анализ устойчивости колец Сатурна), оптике, математике. Он подготовил к публикации рукописи работ Генри Кавендиша, много внимания уделял популяризации науки, сконструировал ряд научных приборов.

7^ Ге́нрих Ру́дольф Герц (нем. Heinrich Rudolf Hertz; 22.02.1857, Гамбург – 1.01.1894, Бонн) — немецкий физик. Основное достижение – экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн. Он подробно исследовал отражение, интерференцию, дифракцию и поляризацию электромагнитных волн, доказал, что скорость их распространения совпадает со скоростью распространения света, и что свет представляет собой не что иное, как разновидность электромагнитных волн. Он построил электродинамику движущихся тел, исходя из гипотезы о том, что эфир увлекается движущимися телами. Однако его теория электродинамики не подтвердилась опытами и позднее уступила место электронной теории Хендрика Лоренца. Результаты, полученные Герцем, легли в основу создания радио. В 1886–87 годах Герц впервые наблюдал и дал описание внешнего фотоэффекта. Герц разрабатывал теорию резонансного контура, изучал свойства катодных лучей, исследовал влияние ультрафиолетовых лучей на электрический разряд. В ряде работ по механике дал теорию удара упругих шаров, рассчитал время соударения и т. д. В книге «Принципы механики» (1894) дал вывод общих теорем механики и её математического аппарата, исходя из единого принципа (принцип Герца).

8^ Вильге́льм Ко́нрад Рентге́н (нем. произн. Рёнтген; нем. Wilhelm Conrad Röntgen; 27.03.1845–10.02.1923 – немецкий физик, работавший в Вюрцбургском университете. С 1875 он является профессором в Хоэнхайме, с 1876 – профессор физики в Страсбурге, с 1879 – в Гиссене, с 1885 – в Вюрцбурге, с 1899 – в Мюнхене. Первый в истории физики лауреат Нобелевской премии (1901 год).

9^Яков (Сармат-Яков-Сигизмунд) Оттонович Наркевич-Иодко (белор. Якуб Наркевіч-Ёдка; 8.01.1848, имение Турин Игуменского уезда Минской губернии [ныне Пуховичского района Минской области Республики Беларусь] – 6[19].02.1905, Вена) – российский учёный-естествоиспытатель белорусского происхождения. Врач, изобретатель электрографии и беспроволочной передачи электрических сигналов, профессор электрографии и магнетизма. Автор пионерских работ по использованию электромагнитного излучения газоразрядной плазмы для визуализации живых организмов, по приему электромагнитных волн от электрических разрядов в атмосфере на расстоянии до 100 км, автор метода электротерапии, известного как «Система Иодко», основоположник систематических метеорологических и фенологических наблюдений в Минской губернии, сторонник масштабного использования атмосферной электрической энергии в сельском хозяйстве.

10^ Поль Ульри́ш Вилла́р (правильнее Вийяр, фр. Paul Ulrich Villard, 1860–1934) – французский физик и химик. В 1900 при изучении радиоактивности открыл гамма-лучи. Член Парижской академии (1908). С 1896 занялся изучением радиоактивности. Поставив свинцовый экран на пути радиации, он блокировал альфа-лучи (уже известные к тому времени), после чего в 1900 выяснил, что оставшаяся радиация состоит из двух частей: одна отклоняется магнитным полем (эта компонента также была уже известна как бета-лучи), другая – не отклоняется. Тем самым он открыл гамма-лучи (название в 1903 г. предложил Резерфорд). В дальнейшем Виллар много занимался созданием средств дозиметрии и первым (1908) предложил для количественной оценки излучения использовать ионизационную камеру.

Код для цитирования: Скопировать