ทฤษฎีคลื่นแสงของ HUYGENS - กายภาพ - 2025

ทฤษฎีคลื่นของแสง Huygens กำหนดแสงเป็นคลื่นคล้ายกับเสียงหรือคลื่นกลที่ผลิตในน้ำ ในทางกลับกันนิวตันอ้างว่าแสงประกอบด้วยอนุภาคของวัสดุซึ่งเขาเรียกว่าคอร์พัสเคิล

แสงมักกระตุ้นความสนใจและความอยากรู้อยากเห็นของมนุษย์ ด้วยวิธีนี้ตั้งแต่เริ่มก่อตั้งปัญหาพื้นฐานประการหนึ่งของฟิสิกส์คือการเปิดเผยความลึกลับของแสง

Christiaan Huygens

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ตลอดประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์จึงมีทฤษฎีต่างๆที่พยายามอธิบายธรรมชาติที่แท้จริงของมัน

อย่างไรก็ตามยังไม่ถึงช่วงปลายศตวรรษที่สิบเจ็ดและต้นศตวรรษที่สิบแปดด้วยทฤษฎีของไอแซกนิวตันและคริสเตียอันฮุยเกนส์ที่วางรากฐานสำหรับความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับแสง

หลักการของทฤษฎีคลื่นแสง Huygens

ในปี 1678 Christiaan Huygens ได้คิดค้นทฤษฎีคลื่นแสงของเขาซึ่งต่อมาเขาได้ตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1690 ในบทความเรื่องแสง

นักฟิสิกส์ชาวดัตช์เสนอว่าแสงถูกปล่อยออกไปทุกทิศทางเป็นชุดของคลื่นที่เดินทางผ่านตัวกลางที่เขาเรียกว่าอีเธอร์ เนื่องจากคลื่นไม่ได้รับผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงเขาจึงสันนิษฐานว่าความเร็วของคลื่นจะลดลงเมื่อเข้าสู่ตัวกลางที่หนาแน่นขึ้น

แบบจำลองของเขามีประโยชน์อย่างยิ่งในการอธิบายกฎการสะท้อนและการหักเหของสเนลล์ - เดการ์ตส์ นอกจากนี้ยังอธิบายปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนได้อย่างน่าพอใจ

ทฤษฎีของเขามีพื้นฐานมาจากสองแนวคิด:

ก) แหล่งกำเนิดแสงจะปล่อยคลื่นรูปทรงกลมคล้ายกับคลื่นที่เกิดขึ้นบนผิวน้ำ ด้วยวิธีนี้รังสีของแสงถูกกำหนดโดยเส้นที่มีทิศทางตั้งฉากกับพื้นผิวของคลื่น

b) แต่ละจุดของคลื่นจะกลายเป็นศูนย์กลางการแผ่รังสีใหม่สำหรับคลื่นทุติยภูมิซึ่งปล่อยออกมาด้วยความถี่และความเร็วเดียวกันกับคลื่นหลัก ไม่รับรู้อินฟินิตี้ของคลื่นทุติยภูมิดังนั้นคลื่นที่เกิดจากคลื่นทุติยภูมิเหล่านี้จึงเป็นซองจดหมาย

อย่างไรก็ตามทฤษฎีคลื่นของ Huygens ไม่ได้รับการยอมรับจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยของเขาโดยมีข้อยกเว้นบางประการเช่น Robert Hooke's

เกียรติประวัติอันยิ่งใหญ่ของนิวตันและความสำเร็จอันยิ่งใหญ่ที่กลไกของเขาประสบความสำเร็จพร้อมกับปัญหาในการทำความเข้าใจแนวคิดของอีเธอร์ทำให้นักวิทยาศาสตร์ร่วมสมัยส่วนใหญ่เลือกใช้ทฤษฎีร่างกายของนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ

การสะท้อน

การสะท้อนกลับเป็นปรากฏการณ์ทางแสงที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่แยกออกจากกันระหว่างสื่อสองสื่อและเปลี่ยนทิศทางโดยจะถูกส่งกลับไปยังตัวกลางแรกพร้อมกับพลังงานส่วนหนึ่งของการเคลื่อนที่

กฎแห่งการสะท้อนมีดังนี้:

กฎหมายฉบับแรก

รังสีสะท้อนเหตุการณ์และค่าปกติ (หรือตั้งฉาก) อยู่ในระนาบเดียวกัน

กฎข้อที่สอง

ค่าของมุมตกกระทบมีค่าเท่ากันทุกประการกับมุมสะท้อน

หลักการของ Huygens ช่วยให้เราสามารถแสดงกฎแห่งการไตร่ตรองได้ พบว่าเมื่อคลื่นถึงจุดแยกสื่อแต่ละจุดจะกลายเป็นโฟกัสตัวปล่อยใหม่ที่ปล่อยคลื่นทุติยภูมิออกมา หน้าคลื่นที่สะท้อนกลับคือซองของคลื่นทุติยภูมิ มุมของด้านหน้าของคลื่นทุติยภูมิที่สะท้อนนี้จะเหมือนกับมุมตกกระทบทุกประการ

การหักเห

อย่างไรก็ตามการหักเหของแสงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อคลื่นเกิดขึ้นโดยบังเอิญบนช่องว่างระหว่างสื่อสองสื่อซึ่งมีดัชนีหักเหต่างกัน

เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้คลื่นจะแทรกซึมและส่งผ่านไปครึ่งวินาทีพร้อมกับพลังงานส่วนหนึ่งของการเคลื่อนไหว การหักเหเกิดขึ้นเนื่องจากความเร็วที่แตกต่างกันซึ่งคลื่นแพร่กระจายไปในสื่อต่างๆ

ตัวอย่างทั่วไปของปรากฏการณ์การหักเหของแสงสามารถสังเกตได้เมื่อวัตถุ (เช่นดินสอหรือปากกาลูกลื่น) บางส่วนสอดเข้าไปในแก้วน้ำ

หลักการของ Huygens ให้คำอธิบายที่น่าสนใจสำหรับการหักเหของแสง จุดบนหน้าคลื่นที่อยู่ตรงรอยต่อระหว่างสื่อทั้งสองทำหน้าที่เป็นแหล่งกระจายแสงใหม่และทำให้ทิศทางของการแพร่กระจายเปลี่ยนไป

การเลี้ยวเบน

การเลี้ยวเบนเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่มีลักษณะเฉพาะของคลื่น (เกิดขึ้นในคลื่นทุกประเภท) ซึ่งประกอบด้วยการเบี่ยงเบนของคลื่นเมื่อพบสิ่งกีดขวางในเส้นทางหรือผ่านช่อง

ควรระลึกไว้เสมอว่าการเลี้ยวเบนจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อคลื่นถูกบิดเบือนโดยสิ่งกีดขวางที่มีขนาดเทียบได้กับความยาวคลื่น

ทฤษฎี Huygens อธิบายว่าเมื่อแสงตกลงบนรอยแยกจุดทั้งหมดในระนาบของมันจะกลายเป็นแหล่งกำเนิดคลื่นทุติยภูมิซึ่งเปล่งออกมาตามที่ได้อธิบายไปแล้วก่อนหน้านี้คือคลื่นลูกใหม่ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่าคลื่นกระจาย

คำถามที่ยังไม่มีคำตอบของทฤษฎี Huygens

หลักการของ Huygens ทำให้ชุดคำถามที่ยังไม่มีคำตอบ คำกล่าวอ้างของเขาที่ว่าแต่ละจุดบนหน้าคลื่นเป็นแหล่งกำเนิดของคลื่นลูกใหม่ที่ไม่สามารถอธิบายได้ว่าเหตุใดแสงจึงแพร่กระจายไปทั้งข้างหลังและข้างหน้า

ในทำนองเดียวกันคำอธิบายเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องอีเธอร์ไม่เป็นที่น่าพอใจอย่างสิ้นเชิงและเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทฤษฎีของเขาไม่ได้รับการยอมรับในตอนแรก

การกู้คืนรูปแบบคลื่น

จนกระทั่งศตวรรษที่ 19 แบบจำลองคลื่นได้รับการกู้คืน ส่วนใหญ่ต้องขอบคุณการมีส่วนร่วมของ Thomas Young ที่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ทั้งหมดของแสงบนพื้นฐานที่ว่าแสงเป็นคลื่นตามยาว

โดยเฉพาะในปี 1801 เขาได้ทำการทดลองกรีดสองชั้นที่มีชื่อเสียงของเขา จากการทดลองนี้ Young ได้ตรวจสอบรูปแบบการรบกวนในแสงจากแหล่งกำเนิดแสงที่อยู่ห่างไกลเมื่อมันหักเหหลังจากผ่านสองรอยแยก

ในทำนองเดียวกัน Young ยังอธิบายโดยใช้แบบจำลองคลื่นว่าการกระเจิงของแสงสีขาวในสีต่างๆของรุ้ง เขาแสดงให้เห็นว่าในสื่อแต่ละสีแต่ละสีที่ประกอบขึ้นเป็นแสงนั้นมีความถี่และความยาวคลื่น

ด้วยวิธีนี้ต้องขอบคุณการทดลองนี้เขาแสดงให้เห็นถึงลักษณะของคลื่นของแสง

สิ่งที่น่าสนใจคือเมื่อเวลาผ่านไปการทดลองนี้พิสูจน์ให้เห็นถึงกุญแจสำคัญในการแสดงให้เห็นถึงความเป็นคู่ของคลื่นคอร์ปัสเซิลของแสงซึ่งเป็นลักษณะพื้นฐานของกลศาสตร์ควอนตัม

อ้างอิง

1. เบิร์คจอห์นโรเบิร์ต (2542) ฟิสิกส์: ธรรมชาติของสิ่งต่างๆ Mexico DF: International Thomson Editores
2. "Christiaan Huygens" สารานุกรมชีวประวัติโลก. 2547. เอ็นไซโคลพีเดียดอทคอม. (14 ธันวาคม 2555).
3. ทิปเลอร์พอลอัลเลน (1994) ทางกายภาพ. พิมพ์ครั้งที่ 3 บาร์เซโลนา: ฉันย้อนกลับ
4. หลักการแพร่กระจายคลื่นของ David AB Miller Huygens แก้ไข Optics Letters 16, pp. 1370-2 (พ.ศ. 2534)
5. Huygens - หลักการ Fresnel (nd) ในวิกิพีเดีย. สืบค้นเมื่อวันที่ 1 เมษายน 2018 จาก en.wikipedia.org.
6. แสง (nd) ในวิกิพีเดีย. สืบค้นเมื่อวันที่ 1 เมษายน 2018 จาก en.wikipedia.org.

การทดลองของ Young (nd) บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 1 เมษายน 2018 จาก es.wikipedia.org.