หัวข้อเรื่อง
ธรรมชาติของแสง

อัตราเร็วแสง

คลื่นและรังสี

ความสว่าง

ดรรชนีหักเห

หัวข้อย่อย
ธรรมชาติของแสง

 

      ก่อนศตวรรตที่19 ผู้คนเขัาใจว่า แสงเป็นกลุ่มของอนุภาค (Stream of particles) ที่ปล่อยมาจากแหล่งกำเนิดแสงมากระตุ้นให้ตาเรามองเห็น  ซึ่งนิวตัน (Isaac Newton)ได้อธิบายด้วย ทฤษฎีอนุภาค (particles theory of light)ซึ่งมาจากการทดลองการสะท้อนและการหักเห  นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ยอมรับทฤษฎีที่ว่าแสงเป็นอนุภาค  แต่อย่างไรก็ตามยังมีนักวิทยาศาสตร์บางส่วนที่คิดทฤษฎีอื่นขึ้นมา  โดยคิดว่าแสงเป็นการเคลื่อนที่ของคลื่นโดยมีนักวิทยาศาสตร์ชาวดัช(Dutch)ชื่อว่า  ฮอยเกนส์ ( Christian Huygens) ได้แสดงให้เห็นว่า   กฎการสะท้อนและหักเหของแสงอาจอธิบายได้โดยทฤษฎีคลื่นแสงแต่ทฤษฎีนี้ยังมีข้อโต้แย้งอยู่หลายประการ คือ
      1.คลื่นที่รู้จักกันสมัยนั้น(เสียง,น้ำ)ต้องอาศัยตัวกลางแต่แสงไม่จำเป็นแสงจากดวงอาทิตย์สามารถเดินทางผ่านสุญญากาศมาได้
      2.ถ้าแสงเป็นคลื่นแสงจะต้องมีสมบัติการเลี้ยวเบนแต่เพราะว่าแสงมีความยาวคลื่นน้อยมากคนในสมัยนั้นจึงไม่สามารถสังเกตได้
ต่อมาก็ได้มีข้อสนับสนุนสมบัติของคลื่นแสง   คือ ในปี  1801  โทมัส  ยัง( Thomas Young)พบว่า แสงสามารถแทรกสอดซึ่งกันและกันได้   บางครั้งเสริมกัน  บางครั้งก็หักล้างกันซึ่งทฤษฎีว่าแสงเป็นอนุภาคไม่สามารถอธิบายได้  หลายปีต่อมาเฟรสเนล(Augustin  Fresnel) ได้ทำการทดลองเรี่องการแทรกสอดและเลี้ยวเบนของแสง ในปี1850 Jean Foucault พบว่าอัตราเร็วแสงในแก้วและของเหลวน้อยกว่าในอากาศ  ซึ่งตามแบบการจำลองอนุภาค อัตราเร็วของแสงในแก้วและของเหลวสูงกว่าในอากาศ

      ในศตวรรศที่19ได้มีการพัฒนาทฤษฏีเพิ่มขึ้นมามากมาย จนนำไปสู่การยอมรับทฤษฎีการเป็นคลื่นของแสง งานที่สำคัญคือแมกส์เวล  (Maxwell)ซึ่งพบว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่สูง และยังพบอีกว่าอัตราเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเท่ากับอ้ตราเร็วของคลื่นแสง ซึ่งเป็นการสนับสนุนว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าด้วย   แต่ทฤษฎีคลื่นแสงไม่สามารถ อธิบายปรากฎการณ์ที่ตัวนำปล่อยอิเล็กตรอนออกมา  เมื่อถูกแสงซึ่งเรียกว่า   ปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กทริค  ( Photoelectric Effect)ได้  ในปี1905 ไอส์ไตน์(Einstein)ได้อธิบายว่าแสงเป็นกลุ่มก้อนของพลังงานที่เรียกว่า    โฟตอน(Photon) มีพลังงาน แปรผันโดยตรงกับความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
           E= hf   เมื่อ E คือ  พลังงานของโฟตอน
                         h คือ ค่าคงที่ของPlank
                         f คือ ความถี่ของแสง


      ในปรากฎการณ์โฟโตอิเล็กตริกเป็นผลมาจากการที่ โฟตอนไปชนอิเล็กตรอนในโลหะแล้วถ่ายเทพลังงานให้อิเล็กตรอน ซึ่งแต่ละโฟตอนจะมีลักษณะคล้ายคลื่น เพราะพลังงานของมันหาได้จากความถี่จากการพัฒนาทฤษฏีของแสงทำให้เราได้ข้อสรุปว่า แสงเป็นทั้งคลื่นและอนุภาค