Το λήμμα δεν περιέχει πηγές ή αυτές που περιέχει δεν επαρκούν.Μπορείτε να βοηθήσετε προσθέτοντας την κατάλληλη τεκμηρίωση. Υλικό που είναι ατεκμηρίωτο μπορεί να αμφισβητηθεί καινα αφαιρεθεί. Η σήμανση τοποθετήθηκε στις 15/11/2013.
Φως που μπαίνει από παράθυρο εκκλησίαςΤοφάσμα της ορατής ακτινοβολίας.
Ανάλογα με τις εκάστοτε συνθήκες το φως εκδηλώνει ιδιότητες είτε φωτεινού κύματος, (φωτεινή ακτίνα), είτε δέσμης σωματιδίων, (φωτεινή δέσμη ή δέσμες). Αυτό το έδειξε το ονομαζόμενο "πείραμα των δύο σχισμών". Τα στοιχειώδη σωματίδια-κύματα (κβάντα) φωτός ονομάζονται φωτόνια.
Η πρώτη υποστήριζε ότι το φως αποτελείται από ρεύμα σωματιδίων το οποίο εκπέμπεται από το ανθρώπινο μάτι, χτυπά πάνω στα αντικείμενα και κατά την επιστροφή τουστο μάτι δημιουργεί το αίσθημα της όρασης.
Η δεύτερη υποστήριζε –πιο ορθά– ότι το ρεύμα σωματιδίων του φωτός δεν προέρχεται από το μάτι, αλλά από πηγές φωτός (σωματιδιακή φύση φωτός).[1][2]
Το μοντέλο της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός (το φως είναι ακτίνες)
Το μοντέλο της κυματικής του φωτός (το φως είναι κύμα)
Το σωματιδιακό μοντέλο του φωτός (το φως είναι σωματίδιο)
Το μοντέλο των μετατροπών ενέργειας του φωτός (το φως είναι ενέργεια)[3]
Η διάδοση του φωτός στον χώρο γενικά ακολουθεί τις εξής αρχές:
Αρχή τουΉρωνα: Το φως διαδιδόμενο (από ένα σημείο στο αμέσως επόμενο) ακολουθεί (οδεύοντας) τη συντομότερη (χρονικά) οδό. (Η αρχή αυτή ισχύει για όλα ταοπτικά μέσα, ακόμη καιγιατα "μη ισότροπα", στα οποία η συντομότερη οδός διάδοσης του φωτός δεν είναι ευθεία. Ο Ήρωνας, αναφερόμενος στη συντομότερη οδό, εννοούσε το μήκος της διαδρομής. Τα εντός παρένθεσης διορθώνουν σύμφωνα μετα σήμερα αποδεκτά).
Το φως σε ένα ισότροπο μέσο διαδίδεται ευθύγραμμα, όταν καιο χώρος είναι ισότροπος. (Πρέπει δηλαδή το φως να διέρχεται και από χώρο μεμη έντονη διαβάθμιση της βαρύτητας ή καμπύλωσης τουχωροχρόνου, όπως αυτή εξηγείται μετηγενική θεωρία της σχετικότητας.)
Όταν μια δέσμη ακτίνων φωτός συναντήσει μία λεία και στιλπνή επιφάνεια, όπως είναι η επιφάνεια ενός κατόπτρου, αλλάζει πορεία,ανακλάται. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται κατοπτρική ανάκλαση. Η γωνία πρόσπτωσης των φωτεινών ακτίνων είναι ίση μετηγωνία ανάκλασης. Ανη επιφάνεια επάνω στην οποία πέφτουν οι ακτίνες είναι τραχιά και ανώμαλη, τότε οι ακτίνες ανακλώνται προς διαφορετικές κατευθύνσεις και διασκορπίζονται. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διάχυσητου φωτός.Τα σκουρόχρωμα αντικείμενα απορροφούν το μεγαλύτερο μέρος της φωτεινής ακτινοβολίας. Βλέπουμε τα αντικείμενα αυτά σε αντίθεση μετο ανοιχτόχρωμο περιβάλλον. Στις ανοιχτόχρωμες επιφάνειες το φως κυρίως ανακλάται ή διαχέεται, ενώ στις σκουρόχρωμες κυρίως απορροφάται.[4]
Μια ειδική πηγή φωτός που κατέκτησε μια διακεκριμένη θέση τα τελευταία 30 χρόνια είναι τολέιζερ (laser). Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του φωτός λέιζερ είναι ότι μπορεί να θεωρηθεί πολύ περισσότερο σχεδόν μονοχρωματικό - πράγμα που υποδηλώνει ότι έχει σε πολύ μεγάλο βαθμό μια μόνη συχνότητα - συγκρινόμενο μετο φως οποιασδήποτε άλλης πηγής.[5]
Αυτόφωτα σώματα: χαρακτηρίζονται όλα εκείνα που εκπέμπουν ενέργειασε μορφή του φωτός. Λέγονται επίσης καιφωτεινές πηγές.
Ετερόφωτα σώματα: χαρακτηρίζονται όλα εκείνα πουδεν εκπέμπουν τα ίδια φως, αλλά γίνονται αντιληπτά όταν φως προερχόμενο από αλλού πέσει επάνω τους και ανακλαστεί ή περάσει μέσα από το υλικό τους.
Φωτεινή ακτίνα ή ακτίνα φωτός: ονομάζεται η τροχιά μεταβίβασης της φωτεινής ενέργειας.
Φωτεινή δέσμη ή δέσμη φωτός: χαρακτηρίζεται ένα σύνολο από φωτεινές ακτίνες. Οι φωτεινές δέσμες διακρίνονται σεπαράλληλες, συγκλίνουσεςκαισεαποκλίνουσες.
Παράλληλη δέσμη φωτός λέγεται εκείνη της οποίας οι ακτίνες είναι μεταξύ τους παράλληλες.
Συγκλίνουσα δέσμη φωτός λέγεται εκείνη τις οποίας οι ακτίνες κατευθύνονται προς ένα σημείο που ονομάζεται σημείο σύγκλισης.
Αποκλίνουσα δέσμη φωτός λέγεται τέλος εκείνη τις οποίας οι φωτεινές ακτίνες προέρχονται από ένα σημείο καιστη συνέχεια αποκλίνουν.
Ανοι φωτεινές ακτίνες μιας συγκλίνουσας δέσμης συνεχίσουν την πορεία τους πέραν τουσημείου σύγκλισης τότε εμφανίζονται ως αποκλίνουσα δέσμη.
Σημειακή φωτεινή πηγή χαρακτηρίζεται εκείνη της οποίας οι διαστάσεις θεωρούνται αμελητέες σε σύγκριση αποστάσεων από τα διαπερατά μέσα, τον φακό ή το κάτοπτρο ή καιτων διατάσεων των αντικειμένων εξ αυτών. Συχνή είναι η χρήση της στη σχεδίαση καιστην επίλυση σχετικών προβλημάτων.
Ένα από τα σκοτεινότερα αλλά και ελκυστικότερα θέματα που απασχόλησαν τον άνθρωπο ήταν καιη φύση του φωτός. Η έρευνα γύρω από το πρόβλημα αυτό σύνδεσε μεγάλα ονόματα της επιστήμης. Πρώτος οΙσαάκ Νεύτων (1643-1727) καιστη συνέχεια ο Ολλανδός φυσικός Κρίστιαν Χόιχενς (1629-1695) ανέπτυξαν θεωρίες πουγια πολλά χρόνια αντιμάχονταν σε μεγάλο βαθμό. Το μεγάλο κύρος του πρώτου απέτρεπε κάθε ένσταση ή άλλη πρόταση ακόμη και συμβιβασμούς. Όταν όμως μια θεωρία δεν μπορεί να δώσει λύσεις σε όλο το εύρος της τότε αυτή πάσχει. Έτσι κλονίζεται και παραχωρεί τη θέση της σε άλλη. Αυτό συνέβη καιμετη θεωρία του Νεύτωνα πουδεν μπόρεσε να αντέξει ελέγχους και παρατηρήσεις που είχαν να κάνουν και από τις μετρήσεις της ταχύτητας του φωτός. Όμως το τελειωτικό κτύπημα δόθηκε από τον Γάλλο φυσικό Ογκιστέν Φρενέλ (1788-1827) όταν ανακάλυψε το φαινόμενο της συμβολής ή αλληλοτυπίας του φωτός όπου φως προστιθέμενο σε φως άλλοτε γεννά εντονότερο και άλλοτε ασθενέστερο ακόμη και σκότος. Έτσι σύμφωνα με αυτά το φως χαρακτηρίζεται από κύματακαι έτσι εδραιώθηκε η πεποίθηση της κυματικής φύσεως του φωτός. Στη συνέχεια οι φυσικοί προχώρησαν στην ερμηνεία των φαινομένων της διάθλασης, της περίθλασηςκαι της πόλωσηςτου φωτός. Τότε όμως πρόβαλε μια άλλη δυσκολία που αφορούσε τη φύση του μέσου αν πάλλεται και πώς πάλλεται και διαδίδει το φως. Και αυτή η δυσκολία παραμερίστηκε όταν ο Άγγλος φυσικός Τζέιμς Μάξγουελ απέδειξε θεωρητικά το 1870 ότι τα φωτεινά κύματα είναι κύματα ηλεκτρομαγνητικά περιοδικώς μεταβλητά κατά χρόνο και τόπο και ότι στην ουσία το μέσο διάδοσης είναι το ίδιο το κύμα, όπου πρακτικά η ηλεκτρική συνιστώσα ταξιδεύει πάνω στη μαγνητική και αντίστροφα. Τέλος όταν η θεωρία του Μάξγουελ επαληθεύτηκε στα πειράματα τουΧάινριχ Χερτζτο 1888 δεν έμεινε πλέον καμία αμφιβολία ότι τα κύματα του φωτός έχουν ηλεκτρομαγνητική φύση.
Έτσι είχαν τα πράγματα μέχρι το τέλος του αιώνα όταν ξεπρόβαλε νέα δυσκολία ακολουθίας της τελευταίας θεωρίας που ήταν πιο έντονη καιπου αφορούσε ένα φαινόμενο που ήταν αδύνατον να ερμηνεύσει ηκυματική. Ήταν το "φωτοηλεκτρικό" όπως ονομάσθηκε. Παρατηρήθηκε δηλαδή πως όταν φωτεινή δέσμη μικρού μήκους κύματος προσπέσει σε μεταλλική πλάκα αποσπώνται από αυτή ηλεκτρόνιακαι μάλιστα αμέσως όσο ασθενές κιαν είναι το φως. Βέβαια γιανα αποσπασθεί ένα ηλεκτρόνιο απαιτείται κάποια ενέργεια. Αν επομένως το φως είναι κύμα, που έχει το χαρακτηριστικό της συνέχειας, θα έπρεπε να πέρναγε κάποιος χρόνος μέχρι αυτό το ηλεκτρόνιο να απορροφήσει ενέργεια γιανα αποσπασθεί λαμβανομένου υπ΄ όψη ότι ηταχύτητατων ηλεκτρονίων είναι ίδια όση απόσταση κιαν παρεμβάλλεται μεταξύ πηγής και πετάσματος. Οι παρατηρήσεις αυτές έφεραν σε πολύ δύσκολη θέση τους φυσικούς. Πώς να συμβιβάσουν τη θεωρία μετην παρατήρηση; Έτσι αντα πειράματα ήταν ορθά θα έπρεπε να αναζητηθεί άλλη βάση της υφής του φωτός πουνα ερμηνεύει καιτο νέο πλέον παρατηρούμενο φαινόμενο. Στη δύσκολη αυτή θέση των φυσικών στις 14 Δεκεμβρίου του 1900 ο φυσικός και καθηγητής του Πανεπιστημίου του Βερολίνου ΜαξΠλανκ (1858-1947) έκανε μια καταπληκτική ανακοίνωση που αποτέλεσε τη βάση της θεωρίας τωνκβάνταμετην οποία και ανατράπηκε η μέχρι τότε αντίληψη περί της συνέχειας της ακτινοβολίας.
Οι δηλώσεις αυτές τουΠλανκ πράγματι συγκλόνισαν όπως ήταν επόμενο τους φυσικούς πουτην υποδέχθηκαν στην αρχή με επιφυλάξεις και σκεπτικισμό. Στις επιφυλάξεις εκείνες που διέκοψαν τις περαιτέρω έρευνες, ακούσθηκε το 1905 η επιδοκιμαστική φωνή τουΆλμπερτ Αϊνστάιν, που προχώρησε και πέραν των αρχικών θέσεων τουΠλανκκαι έδωσε την απόδειξη μετην "κβαντική σύσταση του φωτός". Έτσι οι δισταγμοί υποχώρησαν καιοι τότε φυσικοί εξοικειώθηκαν μετη σύγχρονη αντίληψη. Μετην ανάπτυξη ακόμη της μικροφυσικής νέα ακόμη φαινόμενα ανακαλύφθηκαν που ήταν εξηγήσιμα μενμετην κυματική θεωρία αλλά όμως μετην κβαντική ερμηνεύονταν καλύτερα. Έτσι μέσα από αυτόν τον υπέροχο δρόμο της έρευνας πραγματοποιείται η σύνθεση της θεωρίας του Νεύτωνα και της κυματικής του Χόιχενς, αφού τοφωτόνιοτουΠλανκ είναι κάτι και από τα δύο δηλαδή σωμάτιο και κύμα.
Ακολουθεί, πολύ συνοπτικά, η επιμέρους παράθεση των παραπάνω θεωριών:
Η πρώτη θεωρία που εξηγούσε κάπως ικανοποιητικά ορισμένα από τα φαινόμενα που έχουν σχέση μετο φως διατυπώθηκε από τονΙσαάκ Νεύτωναο οποίος δεχόταν ότι τα φωτεινά σώματα εκπέμπουν σωματίδια, τα οποία κινούνται ευθύγραμμα καιμεταχύτητα ίση μετην ταχύτητα διάδοσης του φωτός. Τα σωματίδια αυτά ανακλώνται στο μάτι και προκαλούν την ανάλογη αίσθηση, αντίληψη.
Σε μεγάλη αντιπαράθεση της προηγούμενης θεωρίας την ίδια εποχή υπήρξε αυτή του Χόιχενς. Σύμφωνα μετη θεωρία αυτή το φως αποστέλλεται από κύματα κατά περιοδικές "διαταραχές" κάποιου υποθετικού μέσου. Εστίες των περιοδικών αυτών μεταβολών είναι οιφωτεινές πηγέςτων οποίων τα μόρια βρίσκονται σε "ταχύτατη κραδασμική κίνηση" ενώ το υποθετικό μέσον διατου οποίου μεταδίδονται οι παλμικές κινήσεις είναι ο "αιθέρας", ένα ελαστικόακίνητοκαιαβαρέςρευστόμετο οποίο πληρείται τοσύμπαν. Ο αιθέρας αυτός φέρεται διάχυτος στο μεταξύ τωνουρανίων σωμάτων διάστημα, προκειμένου έτσι να εξηγηθεί η εις το "κενό" διάδοση του φωτός αυτών των ουρανίων σωμάτων.
Σύμφωνα μετη θεωρία αυτή που ονομάζεται και "ηλεκτρομαγνητική θεωρία τουΜάξγουελ" λαμβάνοντας ως βάση την κυματική θεωρία του Χόιχεν, προτάθηκε ότι το φως είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματαπου ξεκινούν από φωτεινή πηγή. Η θεωρία αυτή επιβεβαιώθηκε αργότερα μετα πειράματα που έκανε οΧάινριχ Χερτζ.
Σύμφωνα μετη θεωρία αυτή το φως ως ενέργεια ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου εκπέμπεται και διαδίδεται στον χώρο κατά στοιχειώδη ποσά (δηλαδή ούτε συνέχεια ούτε ομοιόμορφα κατ΄ έκταση) που καλούνται κβάντα ενέργειας. Τα κβάντα ενέργειας που ανάγονται στο φως ονομάζονται φωτόνια (βλ. Κβαντική οπτική).
Γενικά σήμερα έχει γίνει αποδεκτή η ταχύτητα του φωτός στο κενό ίση με299.792,458 Km/sec. Σημειώνεται πως μετη γενική θεωρία της σχετικότηταςτουΆλμπερτ Αϊνστάινη ταχύτητα του φωτός είναι η οριακή ταχύτητα στη φύση και κανένα υλικό σώμα δεν μπορεί να υπερβεί αυτή. Επιπλέον η παραπάνω θεωρία κατάργησε τοναιθέρα[εκκρεμεί παραπομπή], το υποθετικό εκείνο μέσον διατου οποίου μεταδίδεται το φως. Στη θέση εκείνου τουελαστικούκαιακίνητου αιθέρα έχει αντιπαραταχθεί τοχωροχρονικό συνεχές στις τέσσερις διαστάσεις μέσα στις οποίες διαδραματίζονται όλα τα φαινόμενα.
Γιατο ίδιο το φως που ταξιδεύει στο κενό δεν υφίσταται η έννοια του χρόνου. Το ίδιο το φως δεν «καταλαβαίνει» τον χρόνο γιατί ταξιδεύει μετη μέγιστη ταχύτητα καιγιατο ίδιο ο χρόνος δεν περνά. Το μόνο που «καταλαβαίνει» είναι πως ανταλλάσσει ενέργεια μεταξύ διαδοχικών σημείων. Η κάθε στιγμή "χρόνου" που βιώνει είναι μόνο η κάθε επόμενη ενεργειακή ανταλλαγή που κάνει, αδιάφορα ανγια εμάς έχει ταξιδέψει λίγα μόνο μέτρα από το σημείο που εκπέμφθηκε ή προέρχεται από κάποιο σημείο του σύμπαντος σε ένα ταξίδι (όπως το μετράμε εμείς) κάποιων δισεκατομμυρίων ετών.
Όταν μια φωτεινή δέσμη λευκού φωτός συναντήσει τη διαχωριστική επιφάνεια δύο διαφανών μέσων θα παρουσιάσει διάθλαση των φωτεινών της ακτίνων με διαφορετικές διευθύνσεις και διαφορετικά χρώματα.[6] Αυτό το φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί καλύτερα ανη παράλληλη δέσμη του λευκού φωτός συναντήσει ένα διαφανές πρίσμα.[7] Επειδή αυτό παρουσιάζει διαφορές στην τιμή του δείκτη διάθλασης για κάθε διαφορετικό μήκος κύματος φωτεινής ακτίνας η αρχική δέσμη αναλύεται σε επιμέρους ομόχρωμες δέσμες με διαφορετικές διευθύνσεις. Αυτές οι διαφορετικές κατά χρώμα και διεύθυνση ακτίνες ανστη συνέχεια προσπέσουν σεμια λευκή οθόνη (πέτασμα) θα παρουσιάσει μια έγχρωμη ταινία που ονομάζεται ορατό φάσμα. Τα άκρα αυτής της ταινίας απολήγουν μετα χρώματα κόκκινοκαιιώδες. Η σειρά των χωμάτων αυτών είναι: Κόκκινο, κίτρινο, πράσινο, μπλεκαιιώδες. Ανμια από αυτές τις αναδυόμενες οδηγηθεί σε άλλο πρίσμα θα διαπιστωθεί ότι αυτή δενθα αναλυθεί περαιτέρω αλλά το μόνο πουθα υποστεί θα είναι να αλλάξει διεύθυνση. Τούτο σημαίνει ότι ταφωτόνια της συγκεκριμένης δέσμης έχουν την αυτή συχνότητα, δηλαδή το ίδιο μήκος κύματος. Την ανάλυση του φωτός ως φάσμα, εξετάζει με ειδικά όργανα ηφασματοσκοπία.
Κάθε σύνθετο φως μπορεί να υποστεί ανασύνθεση από τις συνιστώσες ακτίνες του. Αυτό μπορεί να συμβεί όταν οι αναδυόμενες από ένα διαφανές πρίσμα μονοχρωματικές φωτεινές ακτίνες προσπέσουν σε όμοιο ισότροπο πρίσμα σε αντίστροφη διάταξη οπότε εξερχόμενες του δεύτερου θα συγκεντρωθούν σε ένα σημείο σχηματίζοντας μια λευκή κηλίδα. Αντο αρχικό φως δεν ήταν λευκό αλλά κάποιο άλλο σύνθετο, τότε η τελική κηλίδα θα έχει το αυτό χρώμα μετο αρχικό.
Μια τέτοια ανασύνθεση λευκού φωτός μπορεί να γίνει επίσης καιμετον δίσκο του Νεύτωνα. Πρόκειται για έναν δίσκο που περιστρέφεται με μεγάλη ταχύτητακαιπου είναι χρωματισμένος κατά τομείς μετα χρώματα τουορατού φάσματοςσε ίδια σειρά χρωμάτων. Μόνο πουη επιφάνεια του κάθε χρωματιστού τομέα είναι ανάλογη της περιεκτικότητας των διαφόρων χρωμάτων στο λευκό φως. Όταν λοιπόν ο δίσκος αυτός περιστρέφεται με ταχύτητα δημιουργείται στον οφθαλμό η εντύπωση του λευκού φωτός. Αυτό συμβαίνει διότι η εντύπωση του κάθε χρώματος παραμένει στο μάτι για 1/16 του δευτερολέπτου. Όμως στον χρόνο αυτό συμβαίνει να έχουν παρέλθει, μετην ταχύτητα περιστροφής του δίσκου, όλα τα χρώματα.
