Լույսը նյութ է՞

Արագությունը նյութ է կամ ոչ, դա դասական ֆիզիկական հարց է, և պատասխանը կախված է այն, ինչպե՞ս է մենք սահմանում "նյութ" բառը։ Ֆիզիկայում "նյութը" սովորաբար նշանակում է այն օբյեկտը, որը զբաղեցնում է որոշակի տարածություն և ունի զանգված։ Սակայն լույսը, որպես էլեկտրամագնիսական ալիք, ունի որոշ հատուկ հատկություններ, որոնք դրան տալիս են տարբերություն նյութի מסורתային իմաստով։ Այստեղ ներկայացված է լույսի բնույթի մանրամասն քննարկումը.

Լույսի ալիք-մասնիկային երկակիություն

• Ալիքային հատկությունը. Լույսը ցուցադրում է ալիքային հատկություն և կարող է միջարկվել և դիֆրակցիայի ենթակա լինել։ Այս երևույթները կարող են բացատրվել ալիքային տեսությամբ։

• Մաքսվելի էլեկտրամագնիսական տեսությունը կանխատեսել է էլեկտրամագնիսական ալիքների գոյությունը, և լույսը համարվել է էլեկտրամագնիսական ալիք։

• Մասնիկային հատկությունը. Ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի փորձում Էյնշտեյնը առաջարկել է լույսի քվանտ (ֆոտոն) գաղափարը, բացատրելով լույսի էներգիայի քվանտացումը։ Ֆոտոնները ցուցադրում են մասնիկների հատկություններ, ինչպես դիսկրետ էներգիա և իմպուլս։

Ֆոտոնների հատկությունները

• Զրո դադարական զանգված. Ֆոտոնները մասնիկներ են, որոնք չունեն դադարական զանգված, սակայն ունեն իմպուլս և էներգիա։ Ֆոտոնի էներգիան համեմատական է դրա հաճախությանը (E=hν, որտեղ h-ն Պլանկի հաստատունն է, իսկ ν-ն հաճախությունը)։

• Արագություն. Ֆոտոնների արագությունը վակուումում լույսի արագությունն է։c, մոտ 299,792,458 մետր վայրկյանում։

Լույսի և նյութի փոխազդեցությունը

Հոսքը և արտադրությունը. Նյութը կարող է հոսքային ֆոտոններ և նորից դրանք դուրս տալ, և այս գործընթացները ներառում են էներգիայի փոխանցումը։

Ֆոտոնների և նյութի փոխազդեցությունը հետևում է քվանտային մեխանիկայի օրենքներին։

Լույսի տարածումը. Երբ լույսը տարածվում է միջավայրում, դրա արագությունը կարող է դանդաղել, և կարող են տեղի ունենալ ռեֆրակցիա, հայտնաբերում և այլ երևույթներ։

Լույսը որպես էլեկտրամագնիսական ճառագայթում

• Էլեկտրամագնիսական ալիք. Լույսը էլեկտրամագնիսական ալիք է, որը կազմված է միմյանց ուղղահայաց էլեկտրական և մագնիսական դաշտերից տարածման ուղղությամբ։

• Ալիքի երկարություն և հաճախություն. Լույսի ալիքի երկարությունը և հաճախությունը որոշում են դրա գույնը և էներգիան։ Ուրախ լույսը էլեկտրամագնիսական սպեկտրի մի փոքր մասն է։

Լույսի և նյութի տարբերությունը

• Տարածությունը զբաղեցնելու ունակությունը. Նյութը առանձնական իմաստով զբաղեցնում է որոշակի տարածություն և ունի զանգված։ Չնայած ֆոտոնները ունեն էներգիա և իմպուլս, դրանք չունեն դադարական զանգված և չեն զբաղեցնում ֆիքսված ծավալ։

• Զանգվածը. Նյութը ունի զանգված, իսկ ֆոտոնները չունեն դադարական զանգված։ Սակայն ֆոտոնների էներգիան կարող է փոխակերպվել նյութի զանգվածի (օրինակ՝ մասնիկների զույգերի ստեղծման միջոցով)։

Ամփոփում

Լույսը ոչ նյութ է առանձնական իմաստով, ոչ էլ կանխատեսված էներգիա։ Դա ունի ալիք-մասնիկային երկակիություն և հատուկ էլեկտրամագնիսական երևույթ է։ Չնայած ֆոտոնները քվանտացված էներգիայի միավորներ են, դրանք տարբեր են նրան, ինչ սովորաբար անվանում ենք նյութի մասնիկներ (օրինակ էլեկտրոններ, պրոտոններ և այլն)։ Այսպիսով, ֆիզիկական տեսանկյունից լույսը ոչ նյութ է առանձնական իմաստով, սակայն դա իրական է էներգիայով, իմպուլսով և ունի փոխազդեցության որոշակի հատկություններ այլ նյութերի հետ։

Մոդերն ֆիզիկայում լույսը նկարագրվում է որպես ֆոտոնների քվանտային դաշտի մաս, որը որոշ դեպքերում վարվում է ինչպես մասնիկներ, իսկ այլ դեպքերում ինչպես ալիքներ։ Այս երկակիությունը պատկերում է քվանտային մեխանիկայի հիմնական սկզբունքները։