7
nauka/technika
Przez światło należy rozumieć zakres fal elektromagnetycznych obejmujący podczerwień,
zakres widzialny i nadfiolet, a wiec przedział długości fali od 50 nm do 100
µ
m.
Podział całego zakresu widma fal elektromagnetycznych na szereg zakresów
i podzakresów związany jest z przede wszystkim z różnymi technikami wytwarzania
i wykrywania promieniowania elektromagnetycznego o różnych częstotliwościach.
Falowa koncepcja natury światła
Za poczàtek naukowych dociekaƒ na te-
mat natury Êwiat∏a nale˝y uznaç poczàtek
XVII wieku, kiedy to Robert Hooke posta-
wi∏ hipotez´, ˝e Êwiat∏o to fale (sk∏aniajàc
si´ raczej ku idei fal poprzecznych). Uwa-
˝a∏, ˝e Êwiat∏o rozchodzi si´ w eterze,
(podobnie jak dêwi´k w oÊrodkach mate-
rialnych) z nieskoƒczonà pr´dkoÊcià.
W „Traktacie o Êwietle”, który Christiaan
Huygens przed∏o˝y∏ w 1678 roku Akade-
mii Paryskiej rozwinà∏ falowà hipotez´
Hooke’a,przyjmujàc jednak za∏o˝enie, ˝e
sà to fale pod∏u˝ne. W konsekwencji Huy-
gens wyjaÊni∏ zjawiska odbicia, za∏amania
oraz podwójnego za∏amania Êwiat∏a.
W tym samym czasie przeciwstawny po-
glàd prezentowa∏ Isaac Newton, który
swojà pierwszà teori´ Êwiat∏a i barw og∏o-
si∏ w roku 1672, na posiedzeniu Królew-
skiego Towarzystwa Naukowego w Londy-
nie. Badajàc zjawisko rozczepienia Êwiat∏a
w pryzmacie doszed∏ on do wniosku, ˝e
Êwiat∏o to strumieƒ specyficznych czàstek
poruszajàcych si´ w eterze z wielkà szyb-
koÊcià i wywo∏ujàcych w nim drgania po-
d∏u˝ne. Oparta na tej hipotezie teoria
korpuskularna Êwiat∏a potrafi∏a wyjaÊniç
wszystkie zjawiska, które wiàza∏y si´
z prostoliniowym rozchodzeniem si´ Êwia-
t∏a (odbicie, za∏amanie Êwiat∏a). Istotny
problem stanowi∏o tylko objaÊnienie zja-
wiska interferencji.
Zjawisko interferencji
Falowa koncepcja natury Êwiat∏a od˝y∏a
ponownie z poczàtkiem XIX w., kiedy to
Thomas Young oraz niezale˝nie Augustin J.
Fresnel rozpocz´li systematyczne badania
nad zjawiskiem interferencji Êwiat∏a. W ro-
ku 1801 Thomas Young wykona∏ s∏ynne
doÊwiadczenie z dwoma równoleg∏ymi
szczelinami, przez które przepuszcza∏ Êwia-
t∏o pochodzàce z tego samego êród∏a. Za-
obserwowany na ekranie charakterystycz-
ny uk∏ad prà˝ków zinterpretowa∏ Young ja-
ko wynik interferencji fal pochodzàcych
z dwóch szczelin. W miejscach, w których
spotykajà si´ fale o zgodnych fazach po-
wstaje prà˝ek jasny, natomiast tam gdzie
spotykajà si´ fale o fazach przeciwnych
powstaje prà˝ek ciemny. Badania te
utwierdzi∏y przekonanie, ˝e zjawiska te
mo˝na wyjaÊniç jedynie na gruncie falowej
teorii Êwiat∏a. W roku 1819 Arago i Fresnel
pokazali eksperymentalnie, ˝e dwie wiàzki
Êwiat∏a spolaryzowane w tej samej p∏asz-
czyênie interferujà ze sobà, natomiast
dwie wiàzki Êwiat∏a spolaryzowane
w p∏aszczyznach wzajemnie prostopad∏ych
nie interferujà. Wynik ten utrwali∏ osta-
tecznie poglàd o poprzecznoÊci drgaƒ fali
Êwietlnej. Teoria falowa uzupe∏niona o do-
Êwiadczenia Arago i Fresnela potrafi∏a wy-
jaÊniç wszystkie zjawiska optyczne, jakie
wtedy znano, ∏àcznie ze zjawiskiem pola-
ryzacji Êwiat∏a.
Badania zjawisk elektromagnetycznych
Jednak prawie natychmiast pojawi∏o si´
pytanie nast´pne: jaka jest fizyczna natu-
ra tych fal? Rozstrzygni´cie tego proble-
mu przynios∏y dopiero, sformu∏owane
przez Maxwella, równania pola elektro-
Granice ka˝dego z zakresów widma sà umowne, a poszczególne obszary zachodzà
na siebie. Nale˝y tak˝e podkreÊliç, ˝e widmo fal elektromagnetycznych nie jest
ograniczone zarówno od strony niskich, jak i wysokich cz´stoÊci i obejmuje
obecnie fale o d∏ugoÊciach ró˝niàcych si´ prawie 25 rz´dów wielkoÊci.
długość fali
częstotliwość
fale niskiej częstości
(10
10
-10
4
) m
0.03 Hz-30 kHz
fale radiowe
(10
4
-1) m
< 300 MHz
fale radarowe
(100-5) cm
< 6 GHz
mikrofale
(5 cm -100
µµ
m)
< 3
⋅
10
12
Hz
podczerwień
daleka
(100-5)
µµ
m
< 6
⋅
10
13
Hz
średnia
(5- 1.5)
µµ
m
< 2
⋅
10
14
Hz
bliska
(1.5- 0.7)
µµ
m
< 4.5
⋅
10
14
Hz
światło widzialne
(700- 370) nm
< 8.1
⋅
10
14
Hz
nadfiolet
bliski
(370-300) nm
< 1
⋅
10
15
Hz
daleki
(300-180) nm
< 1.7
⋅
10
15
Hz
próżniowy
(180-50) nm
< 15
⋅
10
15
Hz
promieniowanie
Roentgena
(50 - 0.001) nm
3
⋅
10
20
Hz
promieniowanie
gamma
(1-0.01) pm
< 3
⋅
10
22
Hz
promieniowanie
kosmiczne
< 0.01 pm
<< 3
⋅
10
22
Hz
Fala podłużna
Kierunek rozchodzenia się fali
Kierunek drgań
Fala poprzeczna
Kierunek rozchodzenia się fali
Kierunek drgań
Fale pod∏u˝ne – sà to fale, w których drgania odbywaja si´ równolegle
do kierunku rozchodzenia si´ fali.
Fale poprzeczne – kierunek drgaƒ fali pod∏u˝ny.
Fale elektromagnetyczne
czyli czym naprawdę jest światło?
Prof. Ryszard Naskr´cki
dziekan Wydzia∏u Fizyki Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
