Урок 13. ПОПЕРЕЧНОСТЬ СВЕТОВЫХ ВОЛН И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ТЕОРИЯ СВЕТА

     Электромагнитная теория света берет начало с работ Максвелла. Максвелл чисто теоретически показал возможность существования электромагнитных волн, а также нашел, что скорость распространения этих волн в вакууме должна быть равна скорости света, которая к тому времени уже была известна.

Максвелл Джеймс Клерк (1831 — 1879), английский физик, создатель классической электродинамики, один из основоположников статистической физики. Создал теорию электромагнитного поля (уравнения Максвелла), описывающую электромагнитные явления в средах и в вакууме. Предсказал существование электромагнитных волн и электромагнитную природу света. Установил закон распределения молекул газа по скоростям (распределение Максвелла). Ввел статистические представления в термодинамику и впервые употребил термин “статистическая механика”. Исследовал вязкость, диффузию, теплопроводность газов, цветное зрение. Основатель и первый директор (1871) Кавендишской лаборатории в Кембриджском университете (Великобритания), ставшей мировым научным центром.

     В основе электромагнитной теории света лежит факт совпадения скорости света со скоростью распространения электромагнитных волн.

     Кроме того, из теории Максвелла непосредственно вытекало, что электромагнитные волны являются поперечными. К тому времени поперечность световых волн уже была доказана экспериментально. Поэтому Максвелл обоснованно считал поперечность электромагнитных волн еще одним важным доказательством справедливости электромагнитной теории света.

     После того как Герц экспериментально получил электромагнитные волны и измерил их скорость, электромагнитная теория света получила первое экспериментальное подтверждение. Было доказано, что электромагнитные волны при своем распространении обнаруживают те же свойства, что и световые; отражение, преломление, интерференцию, поляризацию и др. В конце XIX века было окончательно установлено, что световые волны возбуждаются движущимися в атомах заряженными частицами.

     С признанием электромагнитной теории света постепенно исчезли все затруднения, связанные с необходимостью введения гипотетической среды — эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. Световые волны — это не механические волны в особой всепроникающей среде – эфире, а волны электромагнитные. Электромагнитные же процессы подчиняются не законам механики, а своим собственным законам. Эти законы и были установлены в окончательной форме Максвеллом.

     В электромагнитной волне векторы и перпендикулярны друг другу. В естественном свете колебания напряженности электрического поля и магнитной индукции происходят по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространения волны. Если свет поляризован, то колебания как  , так и происходят не по всем направлениям, а в двух определенных плоскостях.

     Возникает естественный вопрос: когда шла речь о направлении колебаний в световой волне, то, собственно говоря, колебания какого вектора –  или – имелись в виду? Специально поставленные опыты доказали, что на сетчатку глаза или фотоэмульсию действует именно электрическое поле световой волны.

     В связи с этим за направление колебаний в световой волне принято направление вектора напряженности электрического поля.

Открытие электромагнитной теории света – одно из немногих открытий, сделанных «на кончике пера», т. е. Теоретически. Но уверенность в справедливости электромагнитной теории стала всеобщей после ее экспериментального подтверждения.