Тарих бойында адамзат жарық сияқты құбылыстың табиғаты туралы ойлаған. Ежелгі заманнан бүгінгі күнге дейін ол туралы түсініктер өзгеріп, жетілдірілді. Ең танымал гипотезалар жарықтың бөлшек немесе толқын екендігі туралы болды. Жарықтың табиғаты мен әрекетін зерттейтін қазіргі ғылым саласы оптика деп аталады.
Жарық туралы идеялардың даму тарихы
Аристотель сияқты ежелгі грек философтарының идеялары бойынша жарық – адамның көзінен шығатын сәулелер. Эфир, кеңістікті толтыратын мөлдір зат арқылы бұл сәулелер таралып, адамға заттарды көруге мүмкіндік береді.
Тағы бір философ Платон Күнді Жердегі жарық көзі деп тұжырымдаған.
Философ және математик Пифагор ұсақ бөлшектер заттардан ұшып шығады деп есептеген. Адамның көзіне түсіп, олар бізге осы заттардың сыртқы түрі туралы түсінік береді.
Аңғалдық сияқты көрінгенімен, бұл гипотезалар ойдың әрі қарай дамуының негізін қалады.
Сонымен, 17 ғасырда неміс ғалымы Иоганнес КеплерПлатон мен Пифагор идеяларына жақын теорияны білдірді. Оның пікірінше, жарық - бұл бөлшек, дәлірек айтқанда, қандай да бір көзден таралатын бөлшектер ағыны.
Ньютонның корпускулярлық гипотезасы
Ғалым Исаак Ньютон осы құбылыс туралы қайшылықты идеяларды біріктіретін теорияны ұсынды.
Ньютонның гипотезасы бойынша жарық – қозғалыс жылдамдығы өте жоғары бөлшек. Корпускулалар біртекті ортада таралады, жарық көзінен біркелкі және түзу сызықты қозғалады. Егер бұл бөлшектердің ағыны көзге түссе, адам оның көзін байқайды.
Ғалымның айтуы бойынша, денешіктер әр түрлі түсті әсер қалдыратын әртүрлі мөлшерде болған. Мысалы, үлкен бөлшектер адамның қызыл түсті көруіне ықпал етеді. Ол қатты кедергіден бөлшектердің кері көтерілуі арқылы жарық ағынының шағылысу құбылысын дәлелдеді.
Ғалым ақ түсті спектрдің барлық түстерінің қосындысы арқылы түсіндірді. Бұл тұжырым оның дисперсия теориясының негізі болып табылады, ол 1666 жылы ашқан құбылыс.
Ньютонның гипотезалары көптеген оптикалық құбылыстарды түсіндіре отырып, оның замандастары арасында үлкен қолдау тапты.
Гюйгенстің толқындық теориясы
Сол кездегі тағы бір ғалым Кристиан Гюйгенс жарықтың бөлшек екендігімен келіспеді. Ол жарықтың табиғаты туралы толқындық гипотезаны алға тартты.
Гюйгенс объектілер арасындағы және объектілердің өзінде барлық кеңістік эфирмен толтырылады, ал жарық сәулеленуі импульстар, осы эфирде таралатын толқындар деп есептеді. Жарыққа жететін эфирдің әрбір бөлімітолқын қайталама толқындар деп аталатын көзге айналады. Жарықтың интерференциясы мен дифракциясы бойынша жүргізілген тәжірибелер жарықтың табиғатын толқындық түсіндіру мүмкіндігін растады.
Гюйгенс теориясы өз заманында онша мойындалған жоқ, өйткені ғалымдардың көпшілігі жарықты бөлшек деп санайтын. Алайда оны кейіннен Юнг пен Френель сияқты көптеген ғалымдар қабылдап, нақтылады.
Көрулерді одан әрі дамыту
Физикада жарық дегеніміз не деген сұрақ ғалымдардың көкейінде жүрді. 19 ғасырда Джеймс Клерк Максвелл жарық сәулеленуі жоғары жиілікті электромагниттік толқындар деген теорияны жасады. Оның идеялары вакуумдегі жарық жылдамдығының электромагниттік толқындардың жылдамдығына тең екендігіне негізделген.
1900 жылы Макс Планк ғылымға «порция», «аз мөлшер» деп аударылатын «квант» терминін енгізді. Планктың пікірінше, электромагниттік толқындардың сәулеленуі үздіксіз емес, бөліктерде, кванттарда болады.
Бұл идеяларды Альберт Эйнштейн әзірлеген. Ол жарық тек қана шығарылып қана қоймайды, сонымен қатар бөлшектер арқылы жұтылады және таралады деп ұсынды. Оларды белгілеу үшін ол «фотондар» сөзін қолданды (терминді алғаш рет Гилберт Льюис ұсынған).
Бөлшек-толқындық дуализм
Жарық табиғатының заманауи түсіндірмесі толқындық-бөлшектік дуализм тұжырымдамасында жатыр. Бұл құбылыстың мәні материя толқындардың да, бөлшектердің де қасиеттерін көрсете алады. Жарық осындай материяның мысалы болып табылады. Бір қарағанда қарама-қарсы пікірлерге келген ғалымдардың зерттеулері жарықтың екі жақты табиғатын растайды. Жарық бір уақытта бөлшек те, толқын да. Осы қасиеттердің әрқайсысының көріну дәрежесі нақты физикалық жағдайларға байланысты. Белгілі бір жағдайларда жарық электромагниттік толқынның қасиеттерін көрсетеді, оның пайда болуының толқындық теориясын растайды, басқа жағдайларда жарық корпускулалар (фотондар) ағыны болып табылады. Бұл жарықтың бөлшек екенін айтуға негіз береді.
Жарық физика тарихындағы корпускулалық-толқындық дуализмнің бар екенін мойындаған бірінші материя болды. Кейінірек бұл қасиет басқа да бірқатар мәселелерде анықталды, мысалы, толқындық әрекет молекулалар мен нуклондарда байқалады.
Қорытындылай келе, жарық – екі мың жылдан астам түсініктердің даму тарихы бар ерекше құбылыс деп айта аламыз. Бұл құбылыстың қазіргі түсінігі бойынша жарық толқындардың да, бөлшектердің де қасиеттерін көрсететін екі жақты сипатқа ие.
