빛 의 파동 이론 Huygens는 빛을 물에서 생성되는 소리 또는 기계적 파동과 유사한 파동으로 정의했습니다. 반면에 Newton은 빛이 그가 소체라고 부르는 물질 입자로 구성되어 있다고 주장했습니다.
빛은 항상 인간의 관심과 호기심을 불러 일으켰습니다. 이런 식으로 물리학의 근본적인 문제 중 하나는 처음부터 빛의 신비를 밝히는 것이 었습니다.
Christiaan Huygens
이러한 이유로 과학의 역사를 통틀어 그 진정한 본질을 설명하려는 여러 이론이있었습니다.
그러나 빛에 대한 더 깊은 이해를위한 토대가 마련되기 시작한 것은 아이작 뉴턴과 크리스티안 호이겐스의 이론과 함께 17 세기 말과 18 세기 초가 되어서야 시작되었습니다.
호이겐스 파동의 원리
1678 년에 Christiaan Huygens는 빛에 대한 파동 이론을 공식화했으며, 나중에 1690 년에 빛에 관한 논문에서 발표했습니다.
네덜란드의 물리학자는 빛이 그가 에테르라고 부르는 매체를 통해 이동하는 일련의 파도로서 사방으로 방출된다고 제안했습니다. 파도는 중력의 영향을받지 않기 때문에 파도가 밀도가 높은 매체에 들어가면 파도의 속도가 감소 할 것이라고 가정했습니다.
그의 모델은 반사와 굴절의 Snell-Descartes 법칙을 설명하는 데 특히 도움이되었습니다. 또한 회절 현상에 대해서도 만족스럽게 설명했습니다.
그의 이론은 근본적으로 두 가지 개념에 기반을두고 있습니다.
a) 광원은 수면에서 발생하는 파도와 유사한 구형파를 방출합니다. 이런 식으로 광선은 방향이 웨이브 표면에 수직 인 선으로 정의됩니다.
b) 파동의 각 지점은 차례로 1 차 파동을 특징 짓는 동일한 주파수와 속도로 방출되는 2 차 파동의 새로운 방출 중심입니다. 2 차 파동의 무한대는 인식되지 않으므로 이러한 2 차 파동에서 발생하는 파동은 엔벨로프입니다.
그러나 Huygens의 파동 이론은 Robert Hooke와 같은 몇 가지 예외를 제외하고는 당시 과학자들에게 받아 들여지지 않았습니다.
뉴턴의 엄청난 명성과 그의 역학이 이룬 위대한 성공과 에테르의 개념을 이해하기위한 문제로 인해 대부분의 현대 과학자들은 둘 다 영국 물리학 자의 코퍼 큘러 이론을 선택했습니다.
반사
반사는 두 매체 사이의 분리면에 파동이 비스듬하게 입사하여 방향이 바뀌어 운동 에너지의 일부와 함께 첫 번째 매체로 되돌아가는 광학 현상입니다.
반영의 법칙은 다음과 같습니다.
첫 번째 법칙
반사 된 광선, 입사 및 법선 (또는 수직)은 동일한 평면에 있습니다.
두 번째 법칙
입사각의 값은 반사각의 값과 정확히 동일합니다.
Huygens의 원리는 우리가 성찰의 법칙을 보여줄 수있게합니다. 파동이 매체의 분리에 도달하면 각 지점이 2 차 파동을 방출하는 새로운 방사체 초점이되는 것으로 밝혀졌습니다. 반사 된 파면은 2 차 파동의 포락선입니다. 이 반사 된 2 차 파면의 각도는 입사각과 정확히 동일합니다.
굴절
그러나 굴절은 굴절률이 다른 두 매체 사이의 틈새에 물결이 비스듬하게 부딪 힐 때 발생하는 현상입니다.
이런 일이 발생하면 파동이 운동 에너지의 일부와 함께 0.5 초 동안 침투하여 전달됩니다. 굴절은 다른 매체에서 파동이 전파되는 속도가 다르기 때문에 발생합니다.
굴절 현상의 전형적인 예는 물체 (예 : 연필 또는 볼펜)를 물컵에 부분적으로 삽입했을 때 관찰 할 수 있습니다.
Huygens의 원리는 굴절에 대한 설득력있는 설명을 제공했습니다. 두 매체 사이의 경계에 위치한 파면의 지점은 새로운 빛 전파 소스로 작용하여 전파 방향이 변경됩니다.
회절
회절은 파동의 특징적인 물리적 현상으로 (모든 유형의 파동에서 발생) 경로에서 장애물을 만나거나 슬릿을 통과 할 때 파동의 편향으로 구성됩니다.
파장과 크기가 비슷한 장애물에 의해 파동이 왜곡 될 때만 회절이 발생한다는 점을 고려해야합니다.
Huygens의 이론은 빛이 슬릿에 떨어지면 평면의 모든 지점이 이전에 설명한 것처럼 새로운 파동을 방출하는 2 차 파동 소스가되며,이 경우에는 회절 파라고합니다.
호이겐스 이론의 답이없는 질문
Huygens의 원칙은 일련의 질문에 대한 답을 찾지 못했습니다. 파면의 각 지점이 차례로 새로운 물결의 원천이라는 그의 주장은 빛이 앞뒤로 전파되는 이유를 설명하지 못했습니다.
마찬가지로, 에테르의 개념에 대한 설명은 완전히 만족스럽지 않았고 그의 이론이 처음에 받아 들여지지 않은 이유 중 하나였습니다.
웨이브 모델의 복구
파동 모델이 복구 된 것은 19 세기가 되어서야였습니다. 빛이 종파라는 사실을 바탕으로 빛의 모든 현상을 설명 할 수 있었던 토마스 영의 공헌 덕분이었습니다.
특히 1801 년에 그는 유명한 이중 슬릿 실험을 수행했습니다. 이 실험을 통해 영은 두 개의 슬릿을 통과 한 후 회절 될 때 먼 광원에서 나오는 빛의 간섭 패턴을 확인했습니다.
같은 방식으로 Young은 또한 웨이브 모델을 통해 무지개의 다른 색상에서 백색광의 산란을 설명했습니다. 그는 각 매체에서 빛을 구성하는 각 색상이 특징적인 주파수와 파장을 가지고 있음을 보여주었습니다.
이런 식으로이 실험 덕분에 그는 빛의 파동 특성을 입증했습니다.
흥미롭게도, 시간이 지남에 따라이 실험은 양자 역학의 기본 특성 인 빛의 소체 파 이중성을 입증하는 데 핵심적인 역할을했습니다.
참고 문헌
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