Для физиков свет — одно из самых загадочных явлений. Свет привлекает человека с древних времен. Ни одно другое природное явление не было так долго окружено тайной, как свет. Хотя мы не очень хорошо понимаем, что такое свет, именно благодаря свету, который мы видим глазами, мы узнаем об окружающем нас мире больше, чем при помощи остальных органов чувств вместе взятых.
Есть ли у света вес? Занимает ли свет пространство? Ударяет ли по телу падающий на него луч света? Горячий он или холодный? С какой скоростью он распространяется? Почему свет не может пройти через тонкий картон, но проходит через толстое стекло?
Древние греки, пытаясь найти ответ на вопрос, что такое свет, выдвигали самые невероятные предположения. Согласно одной из идей, свет испускают наши глаза, и он течет из них, как вода из шланга. Поэтому, думали древние греки, мы видим вещи, когда направляем на них луч света из наших глаз. Считалось, что видим мы так же, как ощупываем предметы. Слепые не могут испускать из глаз свет, поэтому они не видят.
Такая точка зрения на свет господствовала в течение нескольких столетий, до тех пор пока новая теория света не была создана Исааком Ньютоном.
Ньютон и свет
Что же такое свет? Вещество? Или, может быть, энергия? Ньютон рассмотрел оба варианта. Ему было известно, что звуковые волны, как и волны на воде, могут завернуть за угол, а свет — нет, поэтому Ньютон решил, что свет — это вещество. Видимо, думал Ньютон, свет состоит из маленьких частичек, которые по прямым линиям — лучам — распространяются от источника света. Если такой луч попадает нам в глаз, мы видим источник света. Но тогда свет должен иметь вес?
Практически в то же время в Голландии над изучением света трудился Христиан Гюйгенс. Он предполагал, что волны света распространяются от источника света примерно так же, как расходятся волны по воде при падении камня. Гюйгенса не убеждало то, что свет не может огибать препятствия, как волны на поверхности воды.
Ньютон считал, что если свет — это волна, она должна по чему–то идти, как звук распространяется по воздуху, а волны по поверхности моря. Свет, как известно, распространяется и в пустоте, и поэтому, например, мы видим солнечный свет, дошедший до нас через космическое пространство.
Лучи света, падающие на зеркало под углом, отражаются от зеркала под тем же углом. Если поверхность неровная, то и отражение получается неправильным.
Когда свет переходит из одного вещества в другое, например из воздуха в воду, путь света изменяется, и мы видим искаженную картину. Это явление называется преломлением света. На этом основан старинный фокус: если смотреть в чашку сбоку и чуть сверху, дно чашки и лежащая на нем монетка не видны. Если же налить туда воду и взглянуть с той же точки зрения, то монетка станет видна.
Благодаря преломлению дно бассейна или бака с водой кажется ближе, чем на самом деле — это знает каждый. Для того чтобы попасть палкой в рыбу, глядя на нее из воздуха, нужно целиться ниже кажущегося положения рыбы, потому что изображение искажено границей между воздухом и водой. Если в стакан с водой положить ложку и посмотреть сбоку, то будет видно, что ложка как будто бы сломана границей воды и воздуха и подводная часть кажется сдвинутой назад.
Нам кажется, что предмет под водой находится на прямой линии, продолжающей наш взгляд, но преломление вызывает обман. Разные прозрачные тела и жидкости вызывают преломление различной силы, если на них падает свет из воздуха. Алмаз очень сильно преломляет свет, и большая часть попавших на него лучей отражается, поэтому алмазы так сверкают.
Чередующиеся слои теплого и холодного воздуха также вызывают преломление, благодаря которому человек видит предметы, которых на самом деле нет либо они находятся очень далеко. Иногда на горизонте появляются висящие вниз вершиной деревья, а в небе плывут пароходы, не касаясь воды. На самом деле это всего лишь игра света. По мере того как мы приближаемся к миражам, они исчезают.