Kroó Norbert

A fény fizikája

II. Mi is valójában a fény?

Samuel Johnson szerint mindnyájan tudjuk, hogy mi a fény, de nehezen tudjuk megmondani.

Úgy gondolom - és ezt a Mindentudás Egyeteme számos korábbi előadása is alátámasztotta -, hogy a legegyszerűbb választ a feltett kérdésre a fény tulajdonságainak leírásával adhatjuk meg.

A geometriai optika a fényt sugarak formájában írja le, amelyek visszaverődnek felületekről, elhajlanak, ha más tulajdonságú (törésmutatójú) anyagba lépnek. E jelenségek alapján tükrök és lencsék hozhatók létre (16. ábra), és ezeknek az elemeknek a felhasználásával kamerákat, teleszkópokat vagy mikroszkópokat építhetünk.

16. ábra

17. ábra

A fizikai optika a fényt hullámként fogja fel, amelyet hullámhossza, rezgési síkja, vagyis polarizációja, terjedési sebessége (amely közegfüggő) és intenzitása jellemezhet. A hullámok egymással interferálhatnak, amire két példát mutatok az alábbi animációkon: 1) Azonos hullámhosszú fény két résen áthaladva fényes és sötét csíkokból álló interferencia-képet eredményez; 2) és a fény hullámhosszával összemérhető rácsparaméterű optikai rácsról visszaverődő fény szétbontja a különböző hullámhosszú komponenseket.

Animáció: Kétsugaras interferenciakísérlet (Thomas Young, 1801)

Animáció: Fény visszaverődése rácsról

A kvantummechanika megszületése a fényről alkotott ismereteinket is alaposan átalakította. A hullámtulajdonság mellett (vagy azzal együtt) megjelent a részecskeszerű viselkedés (és természetesen ennek magyarázata). Ennek legdemonstratívabb példája a fényelektromos jelenség, melynek magyarázatáért (1905) Albert Einstein Nobel-díjat kapott.

Az alapmegfigyelés a következő: fény hatására a fémekből elektronok léphetnek ki, de ez függ a fény hullámhosszától. Csak egy jól meghatározott hullámhossz alatt (frekvencia felett) lép fel a jelenség, és a kilépő elektronok sebessége (mozgási energiája) a fény rezgésszámától és nem intenzitásától függ (18-19. ábra).

18. ábra

19. ábra