科学者たちは、光が小さな粒子のシャワーなのか一連の波なのかについて、200 年にわたって議論してきました。そして、議論が決着したとき、アインシュタインは、ニュートンの頭をぐるぐるさせたであろう答えを導き出しました。
波と光の性質を自分たちで調べることにしました。
波が障害物にぶつかるとどうなりますか?
波が障害物にぶつかると、波はその周りを曲がります。
光が障害物の周りを曲がると、障害物がぼやけた影を落とすと予想されます。しかし、影絵人形を演じたことのある人なら誰でも、影にはかなり鋭いエッジがあることを知っています。
このため、16 世紀の科学者アイザック ニュートンは、光は直線的な経路を移動する何百万もの小さな粒子でできているに違いないと信じていました.
回折
波が小さな隙間を通過するとどうなりますか?
あたかも開口部が波の源であるかのように、波は通過するにつれて広がります。
17 世紀の科学者クリスチャン ホイヘンスは、光も開口部から広がることを指摘しました。小さな穴が開いた壁の後ろにランプを置いた場合、穴から入ってくる光は穴の形にとどまらず、広がってしまいます。
ホイヘンスは、光は回折するので、波でできているに違いないと言いました。彼は、彼の理論を支持する光の他の 2 つの特性を指摘しました。
屈折
水の入ったグラスに鉛筆を入れると、水面で曲がって見える。これは、光が空気中よりも水中を伝わる速度が遅いためです。
ホイヘンスは、光波が異なる物質を異なる速度で移動する場合、速度の変化によって波が曲がるだろうと述べました。これを見かけの曲げ屈折と呼びます .
屈折を実証するためのクールなトリックを実行しました。 {下の 1 分間のビデオ} デモンストレーションの間ずっとカメラが静止していることをビデオで明確にするべきでした!
干渉
2 組の波が互いに交差すると、それらは興味深い方法で相互作用します。ある場所では互いに打ち消し合い、別の場所では互いに足し合い、より強い波を作り出します。この現象は干渉と呼ばれます .
ウェーブ タンクに 2 セットのウェーブを作成しました。 (より大きなタンクでは、より大きな干渉パターンが観察されたでしょう。)
1801 年、Thomas Young は、光も干渉パターンを生成することを証明しました。
2 本の鉛筆の間の光源を見ると、光の干渉パターンを観察できます。
鉛筆がほぼ接触すると、明るい線と暗い線の垂直パターンが表示されます。暗い線は、光の波が互いに打ち消し合っている場所です。
トーマス・ヤングは、光の波の大きさを最初に計算した人物です。彼の測定値は、なぜ光の回折が非常に難しいのかを説明しました。光の波は非常に小さいため、ごく小さな障害物の周りでしか曲がることができません.
波と粒子の両方の光?
1800 年代までに、科学者たちは光が波でできていることを確信していました。しかし、1900 年に素粒子説が再び登場しました!
アルバート・アインシュタインとマックス・プランクは、光が波のように振る舞うこともあれば、粒子のように振る舞うこともあるということを示しました。彼らの発見は、量子物理学として知られる科学の分野につながりました。
リソース
Waves:Principles of Light, Electricity and Magneticism を声に出して読んでいます。実験のほとんどはこの本から得ました。
アルバートおじさんの本で、アインシュタインとプランクの興味深い発見について読みました。
Veritasium は波の干渉の素晴らしいデモンストレーションを行い、光が波であることを (しばらくの間!) 「証明」した元の二重スリット実験を再現します:
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