В оптике корпускулярная теория света утверждает, что свет состоит из маленьких дискретных частиц, называемых « корпускулами » (маленькими частицами), которые движутся по прямой линии с конечной скоростью и обладают импульсом . Это было основано на альтернативном описании атомизма того периода времени.
Исаак Ньютон заложил основы этой теории своими работами в области оптики. Эта ранняя концепция теории частиц света была ранним предшественником современного понимания фотона . Эта теория стала доминировать в концепциях света в восемнадцатом веке, вытеснив ранее известные теории вибрации, в которых свет рассматривался как «давление» среды между источником и приемником, отстаиваемый сначала Рене Декартом , а затем в более изысканная форма Христиана Гюйгенса . [1] В начале девятнадцатого века она выпала из поля зрения, когда волновая теория света накопила новые экспериментальные данные.
В начале 17 века натурфилософы начали разрабатывать новые способы понимания природы, постепенно заменяя аристотелизм , который на протяжении веков был доминирующей научной теорией, во время процесса, известного как научная революция . Где-то между 1610 и 1650 годами различные европейские философы приняли то, что стало известно как механическая философия, которая описывала Вселенную и ее содержимое как своего рода крупномасштабный механизм, философию, которая объясняла, что Вселенная состоит из материи и движения . [2] Эта механическая философия была основана на эпикурействе , а также на трудах Левкиппа и его ученика Демокрита и их атомизме , в котором все во вселенной, включая тело, разум, душу и даже мысли человека, было сделано из атомов ; очень мелкие частицы движущейся материи. В начале 17 века атомистическая часть механической философии была в значительной степени развита Гассенди, Рене Декартом и другими атомистами.
Ядром философии Пьера Гассенди является его атомистическая теория материи . В своей великой работе Syntagma Philosophicum («Философский трактат»), опубликованной посмертно в 1658 году, Гассенди попытался объяснить аспекты материи и природных явлений мира с точки зрения атомов и пустоты . Он взял эпикурейский атомизм и модифицировал его, чтобы он был совместим с христианским богословием, предложив в него несколько ключевых изменений: [2]
Гассенди считал, что атомы движутся в пустом пространстве, классически известном как пустота , что противоречит мнению Аристотеля о том, что Вселенная полностью состоит из материи. Гассенди также предполагает, что информация, собираемая органами чувств человека, имеет материальную форму, особенно в случае со зрением . [3]
Корпускулярные теории, или корпускуляризм , подобны теориям атомизма, за исключением того, что в атомизме атомы считались неделимыми, тогда как корпускулы в принципе могли быть разделены. Корпускулы — это одиночные, бесконечно малые частицы, имеющие форму, размер, цвет и другие физические свойства, которые изменяют их функции и эффекты в явлениях в механических и биологических науках. Позже это привело к современной идее, что соединения обладают вторичными свойствами, отличными от элементов этих соединений. Гассенди утверждает, что корпускулы — это частицы, переносящие другие вещества и относящиеся к разным типам. Эти частицы также являются выбросами различных источников, таких как солнечные объекты, животные или растения. Роберт Бойль был ярым сторонником корпускуляризма и использовал эту теорию, чтобы проиллюстрировать различия между вакуумом и пленумом , с помощью чего он стремился обеспечить дальнейшую поддержку своей механической философии и общей атомистической теории. [3] Примерно через полвека после Гассенди Исаак Ньютон использовал существующие корпускулярные теории для разработки своей теории частиц в физике света. [4]
Исаак Ньютон занимался оптикой на протяжении всей своей исследовательской карьеры, проводя различные эксперименты и разрабатывая гипотезы для объяснения своих результатов. [5] Он отверг теорию света Декарта, потому что он отверг вытекающее из нее понимание пространства Декартом. [6] С публикацией «Оптики» в 1704 году Ньютон впервые занял четкую позицию в поддержку корпускулярной интерпретации, хотя систематизация теории легла на плечи его последователей. [7] В своей книге Ньютон утверждал, что геометрическую природу отражения и преломления света можно объяснить только в том случае, если свет состоит из частиц, поскольку волны не имеют тенденции двигаться по прямым линиям.
Корпускулярная теория Ньютона была развитием его взгляда на реальность как на взаимодействие материальных точек посредством сил. Обратите внимание на описание Альбертом Эйнштейном концепции физической реальности Ньютона:
Физическая реальность [Ньютона] характеризуется понятиями пространства , времени , материальной точки и силы (взаимодействия между материальными точками ). Физические события следует рассматривать как движения согласно закону материальных точек в пространстве. Материальная точка является единственным представителем реальности, поскольку она подвержена изменениям. Понятие материальной точки , очевидно, связано с наблюдаемыми телами ; Материальную точку представляли по аналогии с подвижными телами, опуская характеристики протяженности , формы , пространственной локализации и все их «внутренние» качества, сохраняя только инерцию , перемещение и дополнительное понятие силы . [8] [9]
Господство ньютоновской натурфилософии в XVIII веке было одним из решающих факторов, обеспечивших преобладание корпускулярной теории света. [11] Ньютоновцы утверждали, что корпускулы света представляют собой снаряды, которые перемещаются от источника к приемнику с конечной скоростью. В этом описании распространение света — это транспортировка вещества. Однако на рубеже веков появилось больше доказательств в виде новых экспериментов по дифракции , интерференции и поляризации, продемонстрировавших проблемы с теорией. Волновая теория, основанная на работах Гюйгенса, Леонарда Эйлера , Томаса Янга и Огюстена-Жана Френеля, материализуется в новой волновой теории света. [12] В некоторой степени корпускулярная (частичная) теория света Ньютона вновь возникла в 20 веке, поскольку в настоящее время световое явление объясняется как частица и волна.
Тот факт, что свет может быть поляризован , впервые качественно объяснил Ньютон с помощью теории частиц. Этьен-Луи Малюс в 1810 году создал математическую теорию поляризации частиц. Жан-Батист Био в 1812 году показал, что эта теория объясняет все известные явления поляризации света. В то время поляризация считалась доказательством теории частиц. В настоящее время поляризация считается свойством волн и может проявляться только в поперечных волнах . Продольные волны не могут быть поляризованными.