¿Qué es la luz?

Él alrededor de nosotros y nos permite ver el mundo. Pero pregúntele a cualquiera de nosotros, y la mayoría no es capaz de explicar qué es en realidad esta luz. La luz nos ayuda a entender el mundo en que vivimos. Nuestro idioma, esto refleja: en la oscuridad navegamos al tacto, la luz comenzamos a ver junto con la llegada de la aurora. Y, sin embargo, estamos muy lejos de la plena comprensión de la luz. Si usted приблизите un rayo de luz, que será? Sí, la luz se mueve con una rapidez increíble, pero, ¿acaso no se puede aplicar para viajar? Y así sucesivamente y así sucesivamente.



Por supuesto, todo debe ser así. La luz frustra a las mejores mentes a lo largo de los siglos, pero el icónico, descubierto en los últimos 150 años, poco a poco приоткрывали velo de misterio sobre este misterio. Ahora somos más conscientes de que es.

La física de la modernidad no sólo comprender la naturaleza de la luz, pero tratar de controlar a ella con una precisión sin precedentes — y entonces, la luz muy pronto puede hacer que funcione más impresionante de la forma. Por esta razón, la Organización de las naciones unidas proclamó el 2015 como el año Internacional de la Luz.

La luz se puede describir de diferentes maneras. Pero debe comenzar con esto: la luz es una forma de radiación (radiación). Y en esta comparación tiene sentido. Sabemos que el exceso de luz del sol puede causar cáncer de piel. También sabemos que la exposición a la radiación puede causar el riesgo de desarrollar algunos tipos de cáncer; no es difícil trazar paralelos.





Pero no todas las formas de radiación son iguales. A finales del siglo 19, los científicos fueron capaces de determinar precisa la esencia de la radiación de luz. Y lo que es más extraño, es un descubrimiento, no ocurrió en el proceso de estudio de la luz y salió de décadas de trabajo sobre la naturaleza de la electricidad y el magnetismo.

Electricidad y magnetismo parecen completamente diferentes de las cosas. Pero los científicos como hans christian erstedio y michael faraday han descubierto que esta profundamente entrelazadas. Ørsteds descubrió que una corriente eléctrica pasa a través del cable, rechaza la aguja de la brújula magnética. Mientras tanto, faraday descubrió que el movimiento de un imán cerca de alambre puede generar una corriente eléctrica en el alambre.

Las matemáticas de ese día han utilizado estas observaciones para la creación de la teoría que describe el extraño fenómeno nuevo, que llamaron "electromagnetismo". Pero sólo james Clerk maxwell fue capaz de describir el panorama completo.

La contribución de maxwell en la ciencia es difícil de sobreestimar. Albert einstein, que вдохновлялся maxwell, dijo que cambió el mundo para siempre. Entre otras cosas, su cálculo nos han ayudado a entender lo que es la luz.





Maxwell demostró que los campos eléctricos y magnéticos se mueven en forma de ondas, y estas ondas se mueven con la velocidad de la luz. Esto ha permitido maxwell predecir que la luz por sí mismo se transfiere ondas electromagnéticas — y esto significa que la luz es una forma de radiación electromagnética.

A finales de la década de 1880, varios años después de la muerte de maxwell, físico alemán heinrich Hertz primer oficialmente ha demostrado que el concepto teórico de la onda electromagnética de maxwell fue fiel.

"Estoy seguro de que si hubiera maxwell y Hertz vivieron en la época del premio nobel, habrían recibido una", dijo graham Hall de la Universidad de aberdeen, en el reino unido — donde trabajó maxwell a finales de la década de 1850-c.

Maxwell tiene lugar en los anales de la ciencia de la luz por el otro, más práctico de la razón. En 1861 se promulgó el primer estable de la fotografía, obtenida con el uso del sistema tricolor filtro, que sentó las bases para muchas de las formas de la fotografía en color de hoy.





La frase de que la luz es una forma de radiación electromagnética, tantas cosas que no dice. Pero ayuda a describir lo que todos sabemos: la luz es la gama de colores. Esta observación se remonta incluso a los trabajos de isaac newton. Vemos el espectro de color en todo su esplendor, cuando el arco iris sale en el cielo — y estos colores se relacionan directamente con la максвелловским el concepto de onda electromagnética.

La luz roja en un extremo del arco iris es una radiación electromagnética con una longitud de onda de 620 y 750 nanómetros; el color púrpura en el otro extremo de la radiación con la longitud de onda de 380 a 450 nm. Pero en emisiones electrónicas hay más visibles de color. La luz con longitud de onda más larga que la de rojo llamamos de infrarrojos. La luz con longitud de onda más corta púrpura llamamos ultravioleta. Muchos animales pueden ver en ultravioleta, algunas personas también, dice eleftherios Гулильмакис del Instituto de la óptica cuántica de max Planck en garching, alemania. En algunos casos, las personas se ven incluso de infrarrojos. Tal vez por eso no nos sorprende que el ultravioleta y el infrarrojo, nos referimos a las formas de la luz.

Es curioso, sin embargo, que si la longitud de onda se hacen aún más corto o más largo, dejamos de llamar de la "luz". Fuera de la luz ultravioleta, las ondas electromagnéticas pueden ser menor de 100 nm. Es el reino de los rayos x y de rayos gamma. Alguna vez ha oído hablar de los rayos x llamaban la forma de la luz?





"El científico no dirá "yo просвечиваю objeto de rayos x de la luz". Él dirá, "yo uso de los rayos x", — dice Гулильмакис.

Mientras tanto, fuera de infrarrojos y electromagnéticas de longitudes de onda se extienden hasta 1 cm, y hasta miles de kilómetros. Tales ondas electromagnéticas han recibido los nombres de las microondas o las ondas de radio. Alguien puede parecer extraño percibir las ondas de radio como la luz.

"No hay mucha diferencia física entre las ondas de radio y luz visible desde el punto de vista de la física, dice Гулильмакис. — Usted va a describir en las mismas ecuaciones y las matemáticas". Sólo nuestra cotidiana de la percepción de los distinguen.

Por lo tanto, obtenemos otra definición de la luz. Es un muy estrecho rango de la radiación electromagnética, que pueden ver nuestros ojos. En otras palabras, la luz es subjetivo el acceso directo que utilizamos sólo debido a la escasez de nuestros órganos de los sentidos.

Si usted necesita más detallada de la evidencia, en la medida subjetiva de la percepción del color, recuerda el arco iris. La mayoría de las personas saben que el espectro de la luz contiene los siete colores principales: rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta. Incluso tenemos cómodas proverbios y refranes sobre los cazadores que desean conocer el lugar de faisanes. Mira en un buen arco iris y tratar de discernir las siete. Esto no se pudo incluso de newton. Los científicos sospechan que el científico ha dividido el arco iris de siete colores, ya que el número "siete" es muy importante para el mundo antiguo: siete notas, siete días de la semana, etc.





El trabajo de maxwell en el campo del electromagnetismo nos ha llevado más allá y demostró que la luz visible fue parte de un amplio espectro de la radiación. También se comprende la verdadera naturaleza de la luz. A lo largo de los siglos, los científicos han tratado de entender qué es en realidad la forma de la toma de la luz en las escalas, mientras se aleja de la fuente de luz a nuestros ojos.

Algunos creían que la luz viaja en forma de ondas o de propagación a través del aire o de la misteriosa "éter". Otros pensaron que esta ola modelo es errónea, y consideraban a la luz el flujo de partículas minúsculas. Newton se había adherido a la segunda opinión, especialmente después de una serie de experimentos que había llevado a cabo con la luz y los espejos.





Se dio cuenta de que los rayos de luz se someten a un estricto a la geometría de las reglas. El rayo de la luz reflejada en el espejo, se comporta igual que la pelota, брошенному directamente en el espejo. De onda no necesariamente se mueven por estos predecible líneas rectas, sugirió newton, por lo tanto, la luz debe transferirse de alguna forma de pequeñas безмассовых de partículas.

El problema es que eran igualmente convincentes que la luz es una onda. Una de las demostraciones de esto se ha realizado en 1801. El experimento de doble hendidura de thomas young, en principio, se puede realizar en casa.

Toma una hoja de cartulina y con cuidado realice en dos finas verticales de sección. A continuación, tome el origen de "coherente" de la luz que emiten luz de una determinada longitud de onda: el láser ideal. A continuación, dirija la luz en las dos rendijas, para que al pasar de ellos se caía a otra superficie.

Se espera ver en la segunda superficie de dos brillantes líneas verticales en aquellos lugares donde la luz ha pasado a través de una rendija. Pero cuando jung experimento, vio la secuencia de colores claros y oscuros de las líneas, como en el código de barras.





Cuando la luz pasa a través de la delgada raja, se comporta como el agua de las olas que pasan a través de una abertura estrecha: se dispersan y se distribuyen en forma semiesférica de las cabrillas.

Cuando la luz pasa a través de dos ranuras, cada onda se apaga otra, formando las partes oscuras. Cuando volantes converge, se complementan formando brillantes líneas verticales. El experimento de young, literalmente, confirmó wave modelo, por lo que maxwell vino esta idea a un matemático de la forma. La luz es una onda.





Pero luego se produjo la revolución cuántica.

En la segunda mitad del siglo xix, los físicos han tratado de averiguar cómo y por qué algunos materiales absorben y emiten radiación electromagnética mejor que los demás. Vale la pena señalar que, entonces, el электросветовая la industria sólo se desarrollaba, por lo tanto, los materiales que pueden emitir luz, eran cosa seria.

A finales del siglo xix, los científicos han descubierto que la cantidad de radiación electromagnética emitida por un objeto varía en función de su temperatura, y se midieron los cambios. Pero nadie sabía por qué sucede esto. En 1900 Max planck ha resuelto este problema. Se encontró que los cálculos pueden explicar estos cambios, pero sólo si se asume que la radiación electromagnética se transmite diminutas porciones discretas. Planck llamaba su "quantum", el plural latino "квантум". Varios años más tarde, einstein tomó sus ideas por la base y explicó otra sorprendente experimento.

Pero los físicos han descubierto que un pedazo de metal se convierte cargado positivamente, cuando es visible o luz uv. Este efecto fue nombrado фотоэлектрическим.

Los átomos en el metal perdían cargadas negativamente, los electrones. Al parecer, la luz de repartir la energía suficiente metal para que publicó parte de los electrones. Pero ¿por qué los electrones lo hacían, era incomprensible. Podían transportar más energía, simplemente cambiando el color de la luz. En particular, los electrones emitidos por el metal, irradiado violeta de la luz, aguantó más energía que los electrones emitidos por el metal, expuestas en rojo.

Si la luz era simplemente la onda, eso sería ridículo.





Normalmente, se modifica la cantidad de energía en una onda, que lo hace superior — imagine alta tsunami destructivo de la fuerza — y no más largo o más corto. En un sentido más amplio, la mejor manera de aumentar la energía, que la luz pasa электронам, es hacer una onda de luz de arriba: es decir, hacer la luz más brillante. El cambio de la longitud de onda, entonces la luz, no tenía que llevar mucha diferencia.

Einstein se dio cuenta de que el efecto fotoeléctrico es más fácil de entender, si imaginar la luz, en la terminología de планковских cuantos.

Se sugirió que la luz se transporta pequeñas cuánticos de las porciones. Cada cuanto transfiere una porción discreta de energía, relacionada con la longitud de onda: cuanto más corta la longitud de onda, más energía. Esto podría explicar el por qué de la porción violeta de la luz con la relativamente corta longitud de onda transportan más energía que la porción de la luz roja, con gran relativamente largo.

Esto también explicaría por qué el simple aumento de la intensidad de la luz no es especialmente afecta al resultado.

La luz brillante entrega más porciones de luz al metal, pero esto no cambia la cantidad de energía transferida de cada porción. Para decirlo sin rodeos, una porción de violeta de la luz puede pasar más de energía que una электрону que muchas porciones de la luz roja.

Einstein llamó a estas porciones de la energía de los fotones y en la actualidad su reconocieron fundamentales de las partículas. La luz visible se transfiere fotones, otros tipos de radiación electromagnética, como rayos x, microondas y радиоволнового — también. En otras palabras, la luz es una partícula.





En el este de la física han decidido poner fin al debate sobre el tema de lo que es la luz. Ambos modelos fueron tan convincentes que renunciar a uno no tenía sentido. Para sorpresa de muchos, нефизиков, los científicos han decidido que la luz se comporta a la vez como partícula y como onda. En otras palabras, la luz es una paradoja.

Cuando los físicos no hay problemas con trastorno de personalidad múltiple de la luz. Es, en alguna medida, ha hecho de la luz doblemente útil. Hoy en día, basándose en el trabajo de los astros en el sentido literal de la palabra — de maxwell y einstein, — nos выжимаем de la luz a todos.

Resulta que las ecuaciones utilizadas para la descripción de la luz de onda de la luz y de las partículas, funcionan igual de bien, pero en algunos casos, una más fácil de usar que otros. Por lo tanto, la física se intercambian entre ellos, alrededor de cómo utilizamos metros, describiendo su propio crecimiento, y pasamos a la de los kilómetros, describiendo el viaje en bicicleta.

Algunos de física tratan de utilizar la luz para la creación de cifrados de los canales de comunicación, las transferencias monetarias, por ejemplo. Para ellos tiene sentido pensar en la luz como de las partículas. La culpa de todo la extraña naturaleza de la física cuántica. Dos partículas fundamentales, como el par de fotones, pueden ser confundidas". Esto significa que van a tener propiedades generales, independientemente de cómo están lejos se airport, el cual se puede utilizar para la transmisión de información entre dos puntos de la Tierra.

Otra característica de este implicación en el hecho de que el estado cuántico de la fotones cambia cuando su leen. Esto significa que si alguien intenta interceptar un canal cifrado, en teoría, inmediatamente se genera su presencia.

Otros, como Гулильмакис, usan la luz en la electrónica. De ellos el más útil pensar en la luz como una serie de olas, que se puede domesticar y controlar. Dispositivos modernos bajo el nombre de "синтесайзеры de luz de campo pueden reducir las ondas de luz en perfecta sincronía uno con otro. En consecuencia, ellos crean la luz los impulsos que el más intenso, de corta duración y dirigidos, que la luz de la lámpara convencional.

En los últimos 15 años, estos dispositivos han aprendido a utilizar para controlar la luz con la emergencia de grado. En el año 2004 Гулильмакис y sus colegas han aprendido a producir increíblemente cortos impulsos de rayos-x. Cada impulso duró sólo 250 аттосекунд, o 250 квинтиллионных segundos.

Con estos pequeños impulsos como el flash de la cámara, que fueron capaces de hacer las fotos individuales de las ondas de luz visible, que se conmueven mucho más lento. Que literalmente han hecho capturas de movimiento de la luz.

"Desde la época de maxwell sabíamos que la luz es осциллирующее campo electromagnético, pero nadie, incluso no podia imaginar lo que podemos hacer capturas de осциллирующего de la luz", dice Гулильмакис.





La supervisión de las camas las ondas de la luz fue el primer paso hacia la gestión y el cambio de la luz, dice él, al igual que cambiamos las ondas de radio para la transferencia de señales de radio y televisión.

Hace cien años el efecto fotoeléctrico ha demostrado que la luz visible afecta a los electrones en el metal. Гулильмакис dice que debe ser capaz de controlar con precisión estos electrones, utilizando onda de la luz visible, modificados por lo tanto, para interactuar con el metal claramente determinada manera. "Podemos controlar la luz y con su ayuda a controlar la materia", dice.

Esto puede producir una revolución en la electrónica, conducir a una nueva generación ópticas de los equipos que menos y más rápida que los nuestros. "Podemos mover los electrones que quieras, creando las corrientes eléctricas en el interior de los sólidos con la ayuda de la luz, y no como en el habitual electrónica".

He aquí otra manera de describir la luz: es una herramienta.

Sin embargo, nada nuevo. La vida utilizó la luz desde entonces, cuando los primeros organismos primitivos desarrollaron fotosensible de la tela. Los ojos de la gente captan los fotones de la luz visible, las utilizamos para explorar el mundo alrededor. La tecnología moderna más allá llevan esta idea. En 2014 el premio nobel de química fue otorgado a los investigadores, que han construido tan potente luz del microscopio, que se le consideraba como físicamente imposible. Resultó que si tratar, la luz puede mostrarnos las cosas que pensamos que nunca veremos. publicado

P. S. Y recuerde, sólo cambiando su consumo — estamos juntos cambiando el mundo! ©

   

Fuente: hi-news.ru/science/davajte-razberemsya-chto-zhe-takoe-svet.html