לאורך ההיסטוריה, האנושות חשבה על טבעה של תופעה כמו אור. מימי קדם ועד ימינו, הרעיונות בנושא השתנו והשתפרו. ההשערות הפופולריות ביותר נטו להיות שאור הוא חלקיק או גל. הענף של המדע המודרני החוקר את טבעו והתנהגותו של האור נקרא אופטיקה.
היסטוריה של התפתחות רעיונות על אור
לפי רעיונותיהם של פילוסופים יוונים עתיקים, כמו אריסטו, האור הוא הקרניים הבוקעות מהעין האנושית. דרך האתר, חומר שקוף הממלא את החלל, קרניים אלו מתפשטות ומאפשרות לאדם לראות חפצים.
פילוסוף אחר, אפלטון, הציע שהשמש היא מקור האור על כדור הארץ.
הפילוסוף והמתמטיקאי פיתגורס האמין שחלקיקים זעירים עפים מתוך עצמים. כשהם נכנסים לעין האנושית, הם נותנים לנו מושג לגבי המראה של החפצים האלה.
למרות הנאיביות לכאורה, השערות אלו הניחו את הבסיס להמשך התפתחות המחשבה.
אז, במאה ה-17, המדען הגרמני יוהנס קפלרהביע תיאוריה קרובה לרעיונותיהם של אפלטון ופיתגורס. לדעתו, האור הוא חלקיק, או ליתר דיוק, זרם של חלקיקים המתפשט ממקור כלשהו.
השערת הגוף של ניוטון
המדען אייזק ניוטון הציג תיאוריה ששילבה במידה מסוימת רעיונות סותרים לגבי תופעה זו.
לפי ההשערה של ניוטון, האור הוא חלקיק שמהירות התנועה שלו גבוהה מאוד. גופי הגוף מתפשטים במדיום הומוגני, נעים בצורה אחידה וישרה ממקור האור. אם זרימת החלקיקים הללו נכנסת לעין, אז האדם צופה במקור שלה.
לפי המדען, הגופיות היו בגדלים שונים, מה שיצר רושם של צבעים שונים. לדוגמה, חלקיקים גדולים תורמים לעובדה שאדם רואה אדום. הוא טען את התופעה של השתקפות של זרם אור על ידי חזרת חלקיקים ממחסום מוצק.
המדען הסביר את הצבע הלבן על ידי שילוב של כל צבעי הספקטרום. מסקנה זו היא הבסיס לתיאוריית הפיזור שלו, תופעה שגילה ב-1666.
השערותיו של ניוטון מצאו הסכמה רבה בקרב בני דורו, והסבירו תופעות אופטיות רבות.
תיאוריית הגל של הויגנס
מדען אחר מאותה תקופה, כריסטיאן הויגנס, לא הסכים שאור הוא חלקיק. הוא הציג את השערת הגל של טבע האור.
הויגנס האמין שכל החלל בין עצמים ובעצמים עצמם מלא באתר, וקרינת האור היא פולסים, גלים המתפשטים באתר הזה. כל חלק של האתר, שמגיע לאורגל הופך למקור למה שנקרא גלים משניים. ניסויים על הפרעות ודיפרקציה של אור אישרו את האפשרות של הסבר גל של טבע האור.
התיאוריה של הויגנס לא זכתה להכרה רבה בתקופתו, מכיוון שרוב המדענים נטו להחשיב את האור כחלקיק. עם זאת, לאחר מכן הוא אומץ ושוכלל על ידי מדענים רבים, כגון יונג ופרנל.
המשך פיתוח צפיות
השאלה מהו אור בפיזיקה המשיכה להעסיק את מוחם של מדענים. במאה ה-19 פיתח ג'יימס קלרק מקסוול את התיאוריה שקרינת האור היא גלים אלקטרומגנטיים בתדר גבוה. הרעיונות שלו התבססו על העובדה שמהירות האור בוואקום שווה למהירות של גלים אלקטרומגנטיים.
בשנת 1900, מקס פלאנק הציג את המונח "קוונטי" למדע, שמתורגם כ"מנה", "כמות קטנה". לטענת פלאנק, קרינת הגלים האלקטרומגנטיים אינה מתרחשת באופן רציף, אלא בחלקים, בקוואנטה.
הרעיונות האלה פותחו על ידי אלברט איינשטיין. הוא הציע שאור לא רק נפלט, אלא גם נספג ומתפשט על ידי חלקיקים. כדי לייעד אותם, הוא השתמש במילה "פוטונים" (המונח הוצע לראשונה על ידי גילברט לואיס).
דואליות של גל חלקיקים
הסבר מודרני לטבעו של האור טמון במושג של דואליות גל-חלקיק. המהות של תופעה זו היא שחומר יכול להפגין תכונות של גלים וחלקיקים כאחד. האור הוא דוגמה לחומר כזה.מחקרים של מדענים שהגיעו לדעות הפוכות לכאורה הם אישוש לטבעו הכפול של האור. האור הוא גם חלקיק וגם גל בו זמנית. מידת הביטוי של כל אחת מהתכונות הללו תלויה בתנאים הפיזיים הספציפיים. במקרים מסוימים, האור מציג תכונות של גל אלקטרומגנטי, המאשש את תיאוריית הגלים של מקורו, במקרים אחרים, האור הוא זרם של גופים (פוטונים). זה נותן בסיס לקבוע שאור הוא חלקיק.
האור הפך לחומר הראשון בהיסטוריה של הפיזיקה, שזיהה את נוכחותו של דואליזם של גל גופי. מאוחר יותר, תכונה זו התגלתה במספר עניינים אחרים, למשל, נצפית התנהגות גלים במולקולות ובנוקלונים.
לסיכום, אנו יכולים לומר שאור הוא תופעה ייחודית, שההיסטוריה של התפתחות הרעיונות לגביה היא יותר מאלפיים שנה. לפי ההבנה המודרנית של תופעה זו, לאור יש אופי כפול, המראה את התכונות של גלים וחלקיקים כאחד.
