Введение

Теория в физике, касающаяся природы света. В оптике корпускулярная теория света утверждает, что свет состоит из небольших дискретных частиц, называемых "корпускулами" (малыми частицами), которые движутся по прямой с конечной скоростью и обладают импульсом. Эта теория основывалась на альтернативном представлению об атомизме того времени. Исаак Ньютон заложил основы этой теории в своих работах по оптике. Эта ранняя концепция теории частиц света стала предшественником современного понимания фотона. В XVIII веке эта теория стала доминирующей в представлениях о свете, вытеснив ранее преобладавшие теории колебаний, в которых свет рассматривался как "давление" среды между источником и приемником, впервые предложенное Рене Декартом, а позднее, в более развитой форме, Кристианом Гюйгенсом. Однако в начале XIX века она утратила популярность, поскольку теория волнового света получила новые экспериментальные подтверждения.

Философия механики

В начале XVII века философы природы начали разрабатывать новые способы понимания природы, постепенно заменяя аристотелизм, который на протяжении веков был доминирующей научной теорией, в процессе, известном как Научная революция. Различные европейские философы приняли то, что стало известно как механическая философия, примерно между 1610 и 1650 годами. Она описывала вселенную и её содержимое как своего рода крупномасштабный механизм – философию, объясняющую, что вселенная состоит из материи и движения. Эта механическая философия основывалась на эпикурействе, а также на трудах Левкиппа и его ученика Демокрита и их атомизме, согласно которому всё во вселенной, включая тело человека, разум, душу и даже мысли, состоит из атомов – мельчайших частиц движущейся материи. В начале XVII века атомистическая составляющая механической философии была в значительной степени развита Гассенди, Рене Декартом и другими атомистами.

Теория атомистской материи Пьера Гассенди

Ядро философии Пьера Гассенди – его атомистическая теория материи. В своем magnum opus, "Синтагма философикум" ("Философский трактат"), опубликованном посмертно в 1658 году, Гассенди стремился объяснить аспекты материи и природные явления мира посредством атомов и пустоты. Он воспринял эпикурейский атомизм и модифицировал его, чтобы привести в соответствие с христианской теологией, внеся в него несколько ключевых изменений:

Корпускулярные теории

Корпускулярные теории, или корпускуляризм, схожи с теориями атомизма, за исключением того, что в атомизме атомы считались неделимыми, в то время как корпускулы теоретически могли быть разделены. Корпускулы – это отдельные, бесконечно малые частицы, обладающие формой, размером, цветом и другими физическими свойствами, которые изменяют их функции и воздействие в явлениях, изучаемых механикой и биологией. Это впоследствии привело к современной идее о том, что соединения обладают вторичными свойствами, отличными от свойств составляющих их элементов. Гассенди утверждает, что корпускулы – это частицы, переносящие другие вещества и существующие в различных типах. Эти корпускулы также являются излучениями из различных источников, таких как солнечные тела, животные или растения. Роберт Бойль был убежденным сторонником корпускуляризма и использовал эту теорию для демонстрации различий между вакуумом и пленом, стремясь тем самым укрепить свою механическую философию и общую атомистическую теорию.

Исаак Ньютон

Исаак Ньютон занимался оптикой на протяжении всей своей исследовательской карьеры, проводя разнообразные эксперименты и разрабатывая гипотезы для объяснения полученных результатов. Он отверг теорию света Декарта, поскольку не принимал декартово понимание пространства, которое из нее вытекало. С публикацией "Оптики" в 1704 году Ньютон впервые четко высказался в поддержку корпускулярной интерпретации, хотя систематизировать эту теорию предстояло его последователям. В этой книге Ньютон утверждал, что геометрическую природу отражения и преломления света можно объяснить лишь в том случае, если свет состоит из частиц, поскольку волны не склонны распространяться по прямой. Корпускулярная теория Ньютона была развитием его представления о реальности как о взаимодействии материальных точек посредством сил. Обратите внимание на описание концепции физической реальности Ньютона, данное Альбертом Эйнштейном: [Ньютонова] физическая реальность характеризуется понятиями пространства, времени, материальной точки и силы (взаимодействия между материальными точками). Физические события следует рассматривать как движения, подчиняющиеся закону материальных точек в пространстве. Материальная точка является единственным представителем реальности, поскольку она подвержена изменениям. Понятие материальной точки, очевидно, происходит от наблюдаемых тел; материальную точку представляли по аналогии с подвижными телами, исключая характеристики протяженности, формы, пространственной локализации и всех их "внутренних" качеств, сохраняя лишь инерцию, перемещение и дополнительное понятие силы. Каждый источник света излучает огромное количество крошечных частиц, известных как корпускулы, в окружающую среду. Эти корпускулы абсолютно упруги, тверды и невесомы.

Поляризация

Тот факт, что свет может быть поляризован, впервые качественно объяснил Ньютон, используя корпускулярную теорию. Этьен Луи Малус в 1810 году создал математическую корпускулярную теорию поляризации. Жан Батист Био в 1812 году показал, что эта теория объясняет все известные явления поляризации света. В то время поляризация считалась доказательством корпускулярной теории. В настоящее время поляризация рассматривается как свойство волн и может проявляться только в поперечных волнах. Продольные волны не могут быть поляризованы.

Конец теории корпускулярности

Доминирование ньютоновской естественной философии в восемнадцатом веке было одним из решающих факторов, обеспечивших преобладание корпускулярной теории света. Ньютоновцы полагали, что корпускулы света – это снаряды, перемещающиеся от источника к приемнику с конечной скоростью. В этом представлении распространение света является переносом материи. Однако к началу века, начиная с эксперимента Томаса Янга с двумя щелями в 1801 году, новые экспериментальные данные по дифракции, интерференции и поляризации выявили проблемы в этой теории. Волновая теория, основанная на работах Янга, Огюстена Жана Френеля и Франсуа Араго, привела к созданию новой волновой теории света. В определенной степени корпускулярная (частичная) теория света Ньютона возродилась в XX веке, поскольку в настоящее время световые явления объясняются как волновыми, так и корпускулярными свойствами.