V průběhu historie lidstvo přemýšlelo o podstatě takového jevu, jakým je světlo. Od starověku až do současnosti se představy o něm měnily a zdokonalovaly. Nejoblíbenější hypotézy měly tendenci být, že světlo je částice nebo vlna. Odvětví moderní vědy, které studuje povahu a chování světla, se nazývá optika.
Historie vývoje myšlenek o světle
Podle představ starověkých řeckých filozofů, jako byl Aristoteles, jsou světlo paprsky vycházející z lidského oka. Prostřednictvím éteru, průhledné látky, která vyplňuje prostor, se tyto paprsky šíří a umožňují člověku vidět předměty.
Další filozof, Platón, navrhl, že slunce je zdrojem světla na Zemi.
Filozof a matematik Pythagoras věřil, že drobné částice vylétají z předmětů. Když se dostanou do lidského oka, dají nám představu o vzhledu těchto objektů.
Přes zdánlivou naivitu položily tyto hypotézy základ pro další rozvoj myšlení.
V 17. století německý vědec Johannes Keplervyjádřil teorii blízkou myšlenkám Platóna a Pythagora. Podle jeho názoru je světlo částice, přesněji řečeno proud částic šířících se z nějakého zdroje.
Newtonova korpuskulární hypotéza
Vědec Isaac Newton předložil teorii, která spojovala do určité míry protichůdné představy o tomto fenoménu.
Podle Newtonovy hypotézy je světlo částice, jejíž rychlost pohybu je velmi vysoká. Korpuskuly se šíří v homogenním prostředí a pohybují se rovnoměrně a přímočaře od zdroje světla. Pokud proud těchto částic vstoupí do oka, pak člověk pozoruje jeho zdroj.
Podle vědce měly krvinky různé velikosti, což působilo dojmem různých barev. Například velké částice přispívají k tomu, že člověk vidí rudě. Argumentoval fenoménem odrazu proudu světla odrazem částic od pevné bariéry.
Vědec vysvětlil bílou barvu kombinací všech barev spektra. Tento závěr je základem jeho teorie disperze, fenoménu, který objevil v roce 1666.
Newtonovy hypotézy byly mezi jeho současníky velmi přijaty a vysvětlovaly mnoho optických jevů.
Huygensova vlnová teorie
Další vědec stejné doby, Christian Huygens, nesouhlasil s tím, že světlo je částice. Předložil vlnovou hypotézu o povaze světla.
Huygens věřil, že veškerý prostor mezi objekty a v objektech samotných je vyplněn éterem a světelné záření jsou pulzy, vlny šířící se v tomto éteru. Každý úsek éteru, který dosáhne světlavlna se stává zdrojem tzv. sekundárních vln. Experimenty na interferenci a difrakci světla potvrdily možnost vlnového vysvětlení podstaty světla.
Huygensova teorie nebyla v jeho době příliš uznávána, protože většina vědců měla tendenci považovat světlo za částici. Následně jej však přijalo a zdokonalilo mnoho vědců, například Jung a Fresnel.
Další vývoj pohledů
Otázka, co je světlo ve fyzice, nadále zaměstnávala mysl vědců. V 19. století vyvinul James Clerk Maxwell teorii, že světelné záření jsou vysokofrekvenční elektromagnetické vlny. Jeho myšlenky byly založeny na skutečnosti, že rychlost světla ve vakuu se rovná rychlosti elektromagnetických vln.
V roce 1900 zavedl Max Planck do vědy termín „kvantum“, který se překládá jako „porce“, „malé množství“. Podle Plancka se záření elektromagnetických vln nevyskytuje nepřetržitě, ale po částech, v kvantech.
Tyto myšlenky vyvinul Albert Einstein. Navrhl, že světlo není pouze vyzařováno, ale také absorbováno a šířeno částicemi. K jejich označení použil slovo „fotony“(tento termín poprvé navrhl Gilbert Lewis).
Dualita částicových vln
Moderní vysvětlení podstaty světla spočívá v konceptu duality vlny a částic. Podstatou tohoto jevu je, že hmota může vykazovat vlastnosti vln i částic. Světlo je příkladem takové hmoty. Studie vědců, kteří došli ke zdánlivě opačným názorům, jsou potvrzením dvojí povahy světla. Světlo je zároveň částice i vlna. Míra projevu každé z těchto vlastností závisí na konkrétních fyzikálních podmínkách. V některých případech má světlo vlastnosti elektromagnetického vlnění, což potvrzuje vlnovou teorii jeho původu, v jiných případech je světlo proudem částic (fotonů). To dává důvod prohlásit, že světlo je částice.
Světlo se stalo první hmotou v historii fyziky, která rozpoznala přítomnost dualismu korpuskulárních vln. Později byla tato vlastnost objevena v řadě dalších záležitostí, například vlnové chování je pozorováno v molekulách a nukleonech.
Shrneme-li, můžeme říci, že světlo je jedinečný fenomén, jehož historie vývoje myšlenek má více než dva tisíce let. Podle moderního chápání tohoto jevu má světlo dvojí povahu a vykazuje vlastnosti vln i částic.
