İşığın dalğa və hissəcik xassələri

C.Maksvelin elektromaqnit nəzəriyyəsi (19-cu əsrin 60-cı illərində irəli sürülmüşdür) elektrik və maqnit hadisələrinin əsas qanunlarının ümumiləşdirilməsi kimi zamanında mövcud olmuş eksperimentlərin nəticələrini izah etməklə yanaşı, yeni hadisələri də öncədən xəbər vermişdir. (Məsələn, elektromaqnit dalğalarının məkanda sonlu sürətlə yayılan, dəyişkən elektromaqnit sahəsinin varlığını öncədən söyləmişdir. Sonradan sübut olundu ki, vakumda sərbəst elektromaqnit sahəsinin yayılma sürəti işıq sürətinə bərabərdir).
İşığın elektromaqnit nəzəriyyəsinə görə işıq elektromaqnit dalğalarından ibarətdir. Elektromaqnit dalğalarını ilk dəfə alman fiziki Hers (1857-1891) aşkar etdi. O elektromaqnit dalğalarının Maksvel nəzəriyyəsi ilə tam izah olunduğunu təcrübi olaraq sübut etdi, əsaslandırdı, 1895-ci ildə rus fiziki və elektrotexniki A.S.Papov elektromaqnit dalğalarının praktikada tətbiqinə nail olaraq dünyada ilk dəfə hers vibratorundan dalğa qaynağı kimi istifadə edərək, radioqəbuledici cihaz hazırladı.
Uzun zaman hesab edilmişdir ki, işıq dünya məkanını dolduran efirdir. Elektromaqnit nəzəriyyəsinin yaradılması ilə sübut edildi ki, işıq elektromaqnit dalğalarından ibarətdir. 19-cu əsrin sonu - 20-ci əsrin əvvəllərində aparılan yeni eksperimentlər işığın xüsusi hissəciklərdən – fotonlardan ibarət olduğu təsəvvürünə qayıdılmağa məcbur etdi. Bundan sonra işığın korpuskulyar-dalğa dualizmi nəzəriyyəsi yarandı.

İşığın dalğa xassəsi

İşığın təbiətini aydınlaşdırmaq üçün çox əsrlər keçmiş və bu dövrlərdə müxtəlif fərziyyələr bir-birini əvəz etmişdir. Görləmlik Azərbaycan filosofları Ə.Bəhmənyar və N.Tusi işığın təbiəti haqqında fikir söyləmiş, onun zərrəcik və dalğa xassəsinə malik olduğunu bildirmişlər. İşığın təbiəti haqqında təsəvvürlər 17-ci əsrin sonunda inkişaf etdirildi. Müəyyən edildi ki, işıq yayılarkən enerji daşıyır. Enerjinin daşınması isə dalğa və ya zərrəciklərin hərəkətilə baş verir. Buna müvafiq olaraq işığın təbiəti haqqında 2 fərziyyə yarandı: Korpuskulyar (zərrəcik) və dalğa.
Korpuskulyar nəzəriyyəyə görə işıq xüsusi zərrəcik – korpuskul selindən ibarətdir. Bu fərziyyənin banisi İ.Nyuton olmuşdur. Bu nəzəriyyəyə görə işıq mənbədən buraxılan və böyük sürətlə həhəkət edən zərrəcik selidir.
Nyutonun nəzəriyyəsi ilə təxminən eyni vaxtda X.Hüygens dalğa nəzəriyyəsinin əsasını qoydu. Bu nəzəriyyəyə görə işıq mənbə tərəfindən yaradılan və efir adlanan xüsusi mühitdə yayılan dalğalardır. O, işıq hissəciklərinin varlığını inkar etmirdi. Hesab edirdi ki, işıq hissəcikləri işıq saçan cismdən şüalanmır, ətrafa səpələnmir, ancaq bütün məkanı doldurur. O, işığın yayılmasını hissəciklər arasında qarşılıqlı təsirin ardıcıl ötürülməsi kimi təsvir edir. İşığın dalğa xassəsi işığın interferensiyası və difraksiyası hadisələrində daha əyani təzahür edir.
Hər iki fərziyyə o vaxt işığın xassələrinə dair bir sıra məsələləri izah etdi. 18-ci əsrdə Nyutonun böyük nüfuzunun təsiri ilə Hyügensin dalğa nəzəriyyəsi təqribən bir əsr unuduldu. Lakin vəziyyət 19-cu əsrdə dəyişdi. 19-cu əsrin əvvəllərində T.Yunq və O.Frenel elə işıq hadisələrini (interferensiya, difraksiya və s.) müəyyən etdilər ki, onları yalnız dalğa nəzəriyyəsinin köməyi ilə izah etmək mümkün oldu.
Müasir təsəvvürlərə görə işıq elektromaqnit xassəli olub, eyni zamanda dalğa və zərrəcik xassələrinə malikdir. Bu xassələr bir-birini inkar etmir, əksinə, tamamlayır. Müəyyən hadisələrdə işıq özünü dalğa, digər hadisələrdə isə, zərrəcik seli kimi aparır. İşıq haqqında müasir nəzəriyyədə dalğa və zərrəcik təsəvvürləri vəhdətdədir.

İşığın interferensiyası

Bu hadisə ondan ibarətdir ki, 2 dalğa qarşılaşdıqda və üst-üstə düşdükdə güclənirlər, ya da zəifləyirlər. Bu faktı ingilis alimi Tomas Yunq 1801-ci ildə aşkar etdi.

İşığın difraksiyası

Bu, işığın düz xətlə yayılmasından kənara çıxması deməkdir. Əksər optik cihazlar işığın difraksiyası hadisəsinə əsaslanır. Rentgen şüalarının difraksiyası müxtəlif təyinatlı cihazlarda istifadə olunur.

İşığın kvant xassəsi

Alman fiziki Henrix Hers 1887-ci ildə sink lövhəni işıqlandıran zaman lövhənin səthindən işığın təsiri ilə mənfi yüklənmiş hissəciklərin ayrıldığını aşkar etdi. Sonradan aydınlaşdırıldı ki, belə yüklənmiş hissəciklər elektronlardır. Buradan çıxan nəticə budur ki, işığın interferensiyası, difraksiyası, polyarizasiyası, disperensiyası xassələrinin aşkar edilməsi işığın dalğa nəzəriyyəsinin doğruluğunu təsdiq edir. Beləliklə, fotoeffekt hadisəsi aşkar edilmiş oldu. Elektromaqnit şüalarının təsiri altında maddənin özündən elektronlar buraxması – fotoeffekt hadisəsi adlanır. Bununla belə işığın təbiətinin öyrənilməsi davam edirdi. 1900-cü ildə alman fiziki M.Plank (1858-1947) yeni hipotez irəli sürdü. Bu hipotezə görə işığın şüalanması və udulması fasiləsiz yox, diskret, yəni müəyyən porsiyalarla (kvantlarla) baş verir. Bu kvantların enerjisi (E) işıq şüalarının tezliyi ilə (V) müəyyən olunur. Yəni, E=hV (h-Plank sabiti)
M.Plankın konsepsiyası mütləq qara cismin istilik şüalanmasının qanunauyğunluğunu izah edirdi. 1905-ci ildə isə A.Enşteyn işığın kvant təbiətli olduğunu əsaslandırdı. Yəni, sübut etdi ki, nəinki işığın şüalanması, həm də onun yayılması işıq kvantları – fotonlarının axını halında baş verir. Kvant – fotonların enerjisi Plankın yuxarıda göstərilən formulu ilə, impulsu isə 1 formulu ilə müəyyən olunur. Burada “ ” dalğa uzunluğudur, “P” fotonların impulsudur, “h” isə plank sabitidir. Fotonların impulsu plank sabiti ilə düz, dalğa uzunluğu ilə tərs mütənasibdir.
Yəni, dalğa uzunluğu çox olduqca, aldığı impuls azalır.
Bu tədqiqatlar nəhayət, işığın iki təbiətli – dalğa və hissəcik təbiətli olduğunu təsdiq etdi və çox mühüm nəzəri və praktiki əhəmiyyəti olan işığın dalğa-korpuskulyar nəzəriyyəsi yaradıldı.

QEYD: Klassik təsəvvürdə materiyanın 2 növü – maddə və sahə mövcuddur. Maddə anlayışında atomlar, molekullar və onlardan təşkil olunmuş, quruluşu və forması son dərəcə müxtəlif olan bütün maddi obyektlər ifadə olunur. Sahə anlayışında materiyanın maddədən fərqli olan xüsusi forması istifadə edilir. Hazırda fiziki sahənin bir neçə növü bəllidir: elektromaqnit sahəsi, qravitasiya sahəsi, nüvə gücləri sahəsi, dalğa (kvant) sahəsi. Bu sahələrin hər biri bir-birindən fərqlənən elementar hissəciklərə uyğun gəlir.
“Sahə” anlayışını elmə ilk dəfə 19-cu əsrin 30-cu illərində ingilis həvəskar fiziki M.Faradey gətirmişdir. İşıq elektromaqnit sahəsinin bir növüdür.
Canlı varlıqların, yəni həyatın özünü də təbiətin elektromaqnit sahələrindən kənarda düşünmək olmaz. Buna misal olaraq, fotosintez hadisəsini göstərmək olar.

Müəllif: Arif Tağıyev
Mənbə: Müasir təbiətşünaslığın konsepsiyaları