Корпускулярна теорія світла

Корпускуля́рна тео́рія сві́тла (також емісі́йна тео́рія) — теорія про природу світла, яку в XVII столітті обґрунтували П'єр Ґассенді та Ісаак Ньютон. Згідно з нею, світло складається з дрібних частинок («корпускул»), випромінюваних світними тілами^[1]. Вони рухаються по прямій лінії зі скінченною швидкістю, мають масу та імпульс. На противагу корпускулярній теорії, обговорювалося також альтернативне уявлення Рене Декарта та Роберта Гука: світло є хвилями в ефірі^[2].

Корпускулярна теорія добре узгоджувалась із законами геометричної оптики, проте інші оптичні явища, відкриті в тому ж XVII столітті (дифракція та інтерференція) поясненню з корпускулярних позицій піддавалися погано. Ньютон присвятив цим явищам другу і третю книгу своєї «Оптики» (1704), обмежившись побудовою їх математичної моделі, хоча все ж таки схилявся до корпускулярної теорії. У ХІХ столітті переміг хвильовий підхід. Однак на початку XX століття з'ясувалося, що світло має двоїсту природу і може, залежно від ситуації, виявляти як корпускулярні, так і хвильові властивості^[3].

Розвиток геометричної оптики наштовхував учених давнини на думку, що світні тіла випускають світло у вигляді деякої променистої матерії (флюїду). Погляди піфагорійців та Емпедокла (V століття до н. е.) були близькими до емісійної теорії. Зокрема, Платон і Евклід вважали джерелом зору світловий флюїд, що виходить з ока і зливається зі сонячним світлом. Атомісти Епікур і Лукрецій Кар також вважали, що світло є видом матерії. Арістотель критикував атомістів, проте ясної власної теорії не висунув. Твори античних авторів з оптики (зокрема Клавдія Птолемея та Герона) містять більше геометрії, ніж фізики^[4][5].

Арабський натурфілософ Ібн аль-Хайсам (XI століття) відкинув теорію, що око випромінює власні промені, і правильно пояснив механізм зору. Англійський учений Роджер Бекон (XIII століття) першим висловив думку, що світло — це не потік якихось частинок, а «поширення руху», тим самим давши перший натяк на хвильову теорію світла^[6].

Ядром філософії П'єра Ґассенді є його теорія атомістичної матерії. У своїй роботі Syntagma Philosophicum («Філософський трактат»), опублікованій посмертно 1658 року, він спробував пояснити природні явища, включно зі світлом, у термінах атомів та порожнечі. Ґассенді вважав, що атоми рухаються в порожньому просторі, що суперечить арістотелівській думці про те, що Всесвіт повністю заповнений матерією^[7].

Ґассенді стверджував, що світло — це потік частинок, які належать до різних типів (наприклад, кольорів). У його оптиці атомістична теорія світла протистоїть поглядам Декарта на світло як хвильовий рух. Для Ґассенді світло — це властивість, яку переносять певні атоми (лат. atomi lucificae), ідентичні атомам тепла. Вони мають тенденцію рухатися з надзвичайно високою швидкістю, тому що на їхньому шляху зазвичай менше перешкод, ніж у більшості інших атомів.

Приблизно через півстоліття після Ґассенді Ісаак Ньютон використовував чинні корпускулярні теорії для розробки своєї теорії частинок світла^[8].Судячи зі збережених записів, на початку своєї наукової діяльності Ньютон схилявся до хвильової теорії світла. 1672 року він стверджував, наприклад, що колір пов'язаний із частотою хвиль світла^[9]:

Найбільші коливання ефіру дають відчуття червоного кольору, найменші та найкоротші — фіолетового, а проміжні — проміжних кольорів.

Оригінальний текст (рос.)

Наибольшие колебания эфира дают ощущение красного цвета, наименьшие и наиболее короткие — фиолетового, а промежуточные — промежуточных цветов.

Однак пізніше Ньютон змінив свою позицію і перетворився на рішучого супротивника хвильової теорії. Причину цього він сформулював у своєму трактаті «Оптика» (питання 28): несумісність прямолінійного поширення світла з його хвильовим характером. Ньютон дійшов висновку, що геометричні властивості відбиття і заломлення світла можна пояснити, тільки якщо світло складається з частинок-корпускул. Зважаючи на все, Ньютон не усвідомлював, що явище дифракції якраз і доводить непрямолінійність поширення світла (парадоксально, але навіть Гук і Гюйгенс, прихильники хвильової теорії, цього не зрозуміли).

Корпускулярна теорія, яку розвинув Ньютон, переважала у фізиці понад 100 років, частково через великий престиж Ньютона^[10]. На початку XIX століття, коли корпускулярна теорія не змогла адекватно пояснити дифракцію, інтерференцію та поляризацію світла, від неї відмовилися на користь хвильової теорії Юнга — Френеля.

Певною мірою корпускулярна теорія світла відродилася у XX столітті, коли було виявлено явища, які за допомогою хвильової теорії пояснити не вдалося: тиск світла, фотоефект, комптон-ефект і закони теплового випромінювання. Нині світло розглядають як хвилю та потік частинок одночасно. Частинки світла отримали спеціальну назву: Макс Планк назвав їх світловими квантами (1900), а Гілберт Льюїс — фотонами (1926). Обидві ці назви використовують досі.

• «Оптика» Ісаака Ньютона
• Швидкість гравітації
• Філософія фізики

• Дорфман Я. Г.^[ru]. Всесвітня історія фізики. З найдавніших часів до кінця XVIII століття = Всемирная история физики. С древнейших времён до конца XVIII века. — Изд. 3-е. — М. : ЛКИ, 2010. — 352 с. — ISBN 978-5-382-01091-5.
• Дорфман Я. Г. Всемирная история физики. С начала XIX до середины XX века. — Изд. 3-е. — М. : ЛКИ, 2011. — 317 с. — ISBN 978-5-382-01277-3.
• Кудрявцев П. С.^[ru]. Курс історії фізики = Курс истории физики. — М. : Просвещение, 1974.
• Льоцци М. История физики. — М. : Мир, 1970. — 464 с.
• Спасский Б. И.^[ru]. Історія фізики, у двох томах = История физики, в двух томах. — Изд. 2-е. — М. : Высшая школа, 1977.
• Ягафарова З. А., Саиткулов Д. З., Исмагилов А. Р. Корпускулярная теория света / О.В. Ахметова // Физика конденсированного состояния и её приложения : сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции. — Уфа : Башкирский государственный университет, 2018. — 27 травня. — С. 202—206.

• Спостереження квантової поведінки світла в лабораторії бакалаврату Дж. Дж. Торн та ін.: Американський фізичний журнал 72, 1210—1219 (2004). (англ.)
• П'єр Ґассенді. Фішер, Сол. 2009 рік, Стенфордська філософська енциклопедія. (англ.)
• Ісаак Ньютон. Сміт, Джордж. 2007, Стенфордська філософська енциклопедія. (англ.)
• Роберт Бойль. Макінтош, Дж. Дж. 2010, Стенфордська філософська енциклопедія. (англ.)
• YouTube відео. Фізика — корпускулярна теорія світла Ньютона — Наука. Завантажено 5 січня 2013 року. (англ.)
• Критика теорії світла та кольору Ньютона Роберта Гука (1672) Роберт Гук. Томас Берч, Історія Королівського товариства, т. 3 (Лондон: 1757), с. 10-15. Проєкт Ньютон, Університет Сассекс. (англ.)