|
 |
|
Molim vas jel mi možete reći što je to zapravo svjetlost,i kako su ljudi tjekom povijesti raspravljali o njenoj prirodi.Unaprjed hvala
|
|
Ime i prezime:
Marijana Lovrić
marijana_lovric2
|
 |
 |
Zaista, svjetlost ide među najzanimljivije - najljepše - najviše proučavane, najočitije i najrasprostranjenije pojave u Svemiru, a, opet, nije bilo nimalo lako (kamoli očito) pronaći odgovor na tvoje pitanje - PITANJE O PRIRODI SVJETLA, kako danas znamo, pojave zbog koje život uopće jest, pa onda i zbog koje čovjek jest i, na kraju, kojoj dugujemo praktički cjelopkupnu spoznaju svijeta kojemu pripadamo, dakle i samo pitanje o svjetlu.
Tisućljećima je čovjek živio u potpunom spoznajnom mraku, po pitanju koječega - gotovo svega, pa tako i po pitanju svjetlosti. Premda, čim je ugledao prvi put svjetlo dana, prvo što je opazio bila je neraspoznatljiva igra raznobojnih svijetlijih i tamnijih mrlja koje je oblikovala Sunčeva svjetlost od kojekakvih dijelova predmeta i osoba prvo pred njegovim, toga nesvjesnim, licem, a u čas i unutar njegova mozga koji je počeo OPAŽATI i RAZLIKOVATI lica i sve ostalo popraćajući čitavi upravo nastajući spoznajni proces bjesomučnim krikovima dajući tako do znanja da uspijeva, da spoznaje, da zna. Prateći svakodnevno veliku mijenu dana i noći (a noći su tada bile mračne, izuzmememo li one za puna Mjeseca, naglašavajući svoj nedostatak - svjetla, Sunca, topline) bez odjeće i obuće, promrzao i gladan, na udaru svih drugih stvorenja i svih sila pred kojima i danas stoji podjednako nemoćan i prestravljen, u svom mračnom pećinskom skrovištu, gotovo nezaštićen, jedan je takav hir prirode upalio buktinju i ugledao svoje supatnike i ono mjesto agonije u živahnom igrokazu svjetla i sjene.
Ne, čovjek više nije bio nemoćan. Počeo je raditi i živjeti s predumišljajem, ruke je koristio kao precizne alatke u izradi sve samih novih stvari: oruđa, oružja, odjeće i obuće, nakita, zidnih slika i skulptura - svjedočanstava svog postojanja.
A onda, nekako se stao mijenjati, sam sebe jedva je još poznao u odrazu s kakve spokojne površine bistrog jezerca gdje se napajao kako su mu se nad glavom zaređale tolike i toliko raznolike nebeske promjene - stario je, sve je više sve starijih ljudi bilo u zajednici, skrušena gomilica dvonožaca postajala je zahtjevno društvo.
Procvat. Lovac i sakupljač postaje zemljoradnik, uzgajivač svih stvorova koje je uzmogao relativno lako pripitomiti i iskoristiti (makar samo i u prehrani), obrtnik, osvajač i - trgovac. Početci trgovine označuju i početak znanstvenog spoznavanja svijeta.
Velika i moćna društva međusobno razmjenjuju ne samo gotove proizvode, već i ideje o načinu izrade novih, boljih, pametnijih. A ako tko hoće biti pametan (razuman), mora naučiti na najprikladniji način računati i mjeriti. (Jer priroda, iako ih stvara, pjesnicima nije sklona.) Poglavito valja riješiti problem najbržeg svladavanja udaljenosti, naravno, u određenu svrhu (ne onu, u koju mi, ljudi sutrašnjice, to činimo, radi samog rješavanja problema, jer nam je problem zanimljiv, već u neku drugu). Opaženo je da je najmanja udaljenost među dvije po volji odabrane točke ona koju od jedne do druge prevali svjetlost.
Promatrajući i dalje narcisoidno svoju zrcalnu sliku, otkriva naš predak i zakon refleksije svjetlosti. Podjednako ga opčinjavaju jedino neke nebeske pojave poput duginih boja, Sunčevih izlaza i zalaza. Ubrzo mu postaje jasan način na koji postaju sve te boje - boje spektra: na vedrom ih nebu nema, dakle, potrebna je i određena vlažnost zraka i oblaci, možda i kiša, pri čemu se to bijelo svijetlo Sunca kao rasipa na žive dugine boje. Tek mnogo stoljeća kasnije shvaćamo da se radi o još jednoj optičkoj pojavi: zakonu loma svjetla. Čisto optička opažanja, opažanja o samom svjetlu, počinju koristiti različiti naučnici, ponajprije astronomi. Tales pomoću zakona refleksije utvrđuje visinu piramide za svog proputovanja Egiptom u potrazi za svim znanjima starog svijeta, prije no što će se vratiti u Grčku i postati prvi od velikih mudraca te stvoriti starogrčki - antički - svijet. Eratosten pak koristi Talesove spoznaje o svjetlosti i geometriji i izračunava opseg Zemlje - premjerava cijeli planet.
Astronomi, neumorni u zurenju u noćno nebo, otkrivaju da je priroda osvjetljenja Mjesečeva posve različita onoj osvjetljenja Sunčeva. Dok Sunce, čini se, navlastito svijetli, Mjesec svijetli jer odbija Sunčevo svjetlo. Opet primjenjujući zakon refleksije, premjeravaju Mjesec, Sunce i međusobne im udaljenosti te onu od Zemlje.
Ipak, što to svjetlo koje im je toliko korisno jest, ni umovi aristotelovskih razmjera nisu mogli dokučiti. Ostat će to u amanet budućih znanstvenika, a budućnost, nepredvidiva kakva jest, se znanosti smiješi opet na Istoku. Dolazi vrijeme arapske znanosti. Praktični i pronicljivi Arapi razvijaju mnoge primjenjene grane znanosti i matematike, posebice trigonometriju, ravnu i sfernu, astronomiju, algebru, sve opet na temeljima zaključivanja o pojavama svjetlosti i kojekakvih gibanja.
Svjetlost gasne na Zapadu, barbarsko Rimsko carstvo promeće se u još barbarskije kršćansko Rimsko carstvo, a Europljani još većinom žive u kućama s blatnim podovima. Gore aleksandrijske biblioteke, nestaju ogromni dijelovi znanja starog svijeta. Svijet ide k srednjem vijeku. Mrak.
Ali i bi opet svjetlost! La renaissance!
Italija, Francuska, germanski svijet, Engleska dižu se iz pepela vječnih Rimskih carstava kao novi feniksi nauke. Ljudi poput Leonarda da Vincija, Giordana Bruna, Nikole Kopernika, Johannesa Keplera, Galilea Galileia i Christiana Huygensa počet će krčiti posve nove puteve već silno sputanoj ljudskoj misli - nastaje moderna znanost, koja počiva na matematičkoj teoriji i eksperimentu. Neki od pomenutih velikana uistinu će osvijetliti i pitanje o naravi svjetla.
Huygens i Galilei razvijaju prve optičke sprave, dalekozore i teleskope, i otkrivaju neke od onih svjetova u koje je vjerovao Bruno, a koji su se drugima mogli ukazati jedino kroz maglu, dim (i zbog kojeg su ga vjerovanja ti drugi poslali u dim). Kepler prvi objašnjava pojavu duge kao pojavu loma zraka svjetla na kapljicama kiše. Huygens, nakon mnogobrojnih opita i nagađanja, dolazi do zaključka da je svjetlost nepobitno valne (undulatorne) prirode - ta odbija se, lomi i ogiba kao i svaki drugi val.
Da, i unatoč svemu tomu trudu svojih prethodnika, na čijim je plećima stajao, i unatoč svojim istraživanjima, nešto je nagnalo Sir Isaaca Newtona da zaključi kako je svjetlost ipak čestične (korpuskularne) prirode. Dakako, i da joj je brzina nemjerljiva, beskonačna (ali je ovaj zaključak izveo u suglasju s ostalima).
Spor je, kao i svi veliki sporovi, trajao dugo, rekordno dugo - više od stoljeća, a onda se činilo da je pitanje riješeno u korist Huygensovih pristaša (budući je Huygens već davno bio mrtav).
Sredinom 19. stoljeća znanja o električnim i magnetskim pojavama toliko su narasla i pročistila se da se nazirao sveobuhvatni sustav - jedna jedincata teorija elektriciteta i magnetizma. Čak je postalo očito i pitanje: "Nisu li eliktricitet i magnetizam dva lica istog fenomena?" Nedostajao je samo neki monstruozno veliki sintetički matematički genij (kao onomad Newtonov) da sve to uobliči u zdravorazumsku i eksperimentalno potvrđenu (ili potvrdljivu) elegantnu matematičku teoriju. James Clerk Maxwell bio je upravo takav duh.
Oslanjajući se na radove Michaela Faradaya, Carla Friedricha Gaussa, Webera, Ohma, Oersteda i drugih, uspio je Maxwell sastaviti teoriju upravo onakvu kakva se tražila - u djelu "A Treatise on Electricity and Magnetism" objavljena je teorija elektromagnetizma.
Tu je Maxwellu uspjelo na temelju od prije poznata četiri temeljna zakona električnih i magnetskih polja (kako je to već Faraday tumačio), izrazivši ih u obliku tzv. parcijalnih diferencijalnih jednadžbi, dobiti i jednadžbu - valnu jednadžbu - tog misterioznog vala svjetlosti, što će reći, svjetlost je val koji je dijelom električne, a dijelom magnetske prirode, elektromagnetski val.
Iz te jednadžbe Maxwell je izračunao i brzinu svjetlosti, c: ona nije beskonačna kao što je mislio Newton, ali je i dalje toliko mnogo veća od svake druge brzine u prirodi da neki Newtonovi postulati o gibanju tijela vrijede kao i uz njegov zaključak o beskonačnosti brzine svjetlosti, a koji mu je bio potreban za izvod tih postulata. Zapravo u vakuumu iznosi 300 000 km/s, što je poslije i izmjereno.
Ostalo je pitanje kroz kakvo to sredstvo svjetlosni val putuje, jer svaki dotad poznati val, valno gibanje, treba i neko sredstvo (medij) - ta val je tek skladno gibanje mnoštva oscilatora koji titraju na određen način, oscilatora nekog medija. Riješeno je da je medij kroz koji se prenosi svjetlosni val - eter, a Maxwellu je, prema vlastitim mu riječima, bio cilj u spomenutom mu djelu dokazati i pokazati svrhu etera za svjetlost.
Trud je Maxwellu bio, ipak, uzaludan. Eter ne postoji, pokazali su eksperimenti Michelsona i Morleyja koji su vrlo vještim uređajem (i opet koristeći refleksiju svjetla!) uspjeli opovrgnuti pretpostavku postojanja etera i tako potvrditi pretpostavku jednog drugog, još mladog i anonimnog, fizičara koji je ustvrdio da je brzina svjetlosti u vakuumu uvijek konstantna, bez obzira iz kojeg smjera promatrali (što bi izašlo na suprotno, ukoliko bi eter postojao kao sredstvo rasprostiranja svjetlosnih valova). Mladi buntovnik s razlogom bio je Albert Einstein, a svijet poslije njega više nikad nije bio isti; stvoren je svijet poslije Einsteina.
Još za Maxwella počeo je mladi njemački fizičar Heinrich Hertz provjeravati Maxwellove pretpostavke eksperimentalno i otkrivati razne vrste elektromagnetskog zračenja, za razliku od dotad poznatog vidljivog dijela spektra. Tako Hertz otkriva radio-valove (elektromagnetske valove dosta velikih valnih duljina) čija primjena tek dolazi otkrićima Nikole Tesle i Guiglema Marconija. Postoje još i ultraljubičaste i infracrvene zrake (jedne, UV, po frekvenciji su tik iznad, a druge, IR, tik ispod vidljivih). Wilhelm Conrad Roentgen potkraj 19. stoljeća (1895.) otkriva tajanstvene X-zrake, koje će poslije biti nazvane njegovim imenom. Po frekvenciji su iznad rentgenskih zraka još tzv. gama-zrake, koje je otkrio francuz Paul Villard. (Potonje emitiraju neke radioaktivne jezgre, npr., o čemu vidi više u nekima od prethodnih odgovora). Neki dosta začudni opiti s rentgenskim zrakama i općenito zrakama visokih frekvencija otkrivaju da postoji opravdana sumnja u rješenje onog davnog spora, Newton-Huygens, a što je, dakle, upravo srž ove rasprave o prirodi svjetla i poimanju iste kroz povijest.
Da, kako god to nevjerojatno zvučalo, Newton je bio u pravu kad je tvrdio da je svjetlost čestične prirode. Dobro, rekli bismo, onda je iz nekog nepoznatog razloga Newton u pravu, a Huygens u krivu. Ali, ne! I Huygens je u pravu. Kaaako, molim?! Jednostavno, i jedan i drugi su u pravu, svjetlost ima dvije prirode, dvojnu prirodu, kao što medalja ima dva lica. Na prvi pogled kosi se sa zdravim razumom, ali opet, kad razmislimo (medalja!), i ne - postoje, očito, slučajevi kad se svjetlost ponaša kao val, a opet, upravo su to i pokazali oni začudni opiti, i slučajevi kad se ponaša kao skup čestica. Jedan od tih pokusa bio je tzv. fotoelektrični učinak. Pobuđeni zračenjem određenih frekvencija elektroni atoma metala mogu se oteti privlačnim silama kristala dotičnog metala i pobjeći im van dometa od značaja. Einstein je taj fenomen objasnio živopisnom teorijom sudaranja čestice svjetlosti, fotona (kako ju je nazvao američki kemičar Gilbert Newton Lewis) sa česticom negativnog naboja u atomu, elektronom, pri čemu, ako foton ima dovoljnu energiju, uspijeva ju predati elektronu koji ju koristi za bijeg iz područja znatnog djelovanja sila u kristalu i za energiju gibanja, kinetičku energiju, u daljem gibanju. Einsteinu je za tu teoriju fotoelektričnog učinka dodijeljena i Nobelova nagrada za fiziku 1921. Svoje je smione pretpostavke Einstein, po običaju, i smiono iznio, duboko vjerujući u ispravnost hipoteze kasnijeg mu prijatelja, fizičara u poodmaklim godinama u doba iznošenja te svoje legendarne hipoteze, Maxa Plancka o kvantiziranju energije zračenja (o tomu, kao i o modernoj fizici općenito vidi više u jednom od mojih prethodnih odgovora (onom o atomima i zračenju) uzevši da je kvant energije pojedinog zračenja upravo foton određene energije.
Kasnije je zaključeno, naravno na temelju sijaset eksperimenata, da je i cijela materija dvojne, valno-čestične prirode, što je jedno od osnovnih načela kvantne mehanike, uz teoriju relativnosti (kojoj je jedan od osnovnih postulata onaj već spomenut o konstantnosti brzine svjetlosti) jedne od temeljnih modernih fizičkih teorija nastalih početkom 20. stoljeća. A taj zaključak već nije tako lako pomiriti sa zdravim razumom, ako je uopće moguće. No, kako se često zna reći, na ulasku u zgradu moderne, posebice kvantne, fizike, valja ostaviti zdrav razum pred vratima.
Danas se pojavama svjetlosti i interakcije svjetosti s materijom bave kvantna elektrodinamika (koju su dovršili Richard Phillips Feynman, Julian Schwinger i Sin-itiro Tomonaga, za što su i 1965. podijelili i Nobelovu nagradu za fiziku). U primjeni se svjetlosnim fenomenima bavi kvantna optika, elektronika, fizika čvrstog stanja (laseri). Vidjeli smo i da su istraživanja svjetla najčvršće vezana za istraživanja prostora i vremena u fizici, od Newtona do Einsteina i dalje (o ovomu više u knjigama: S. W. Hawking, "Kratka povijest vremena" i "Svemir u orahovoj ljusci" te u D. Filkin, "Svemir Stephena Hawkinga"). Misleći dublje o svjetlosti konačno prosvjetljenje i dalje ne dolazi, i svjetlost ostaje misterij. |
|
|
Odgovorio:
Marko Grba
mgrba@chem.pmf.hr
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
