שנים רבות חוקרים ניסו להבין מהי מהותו של האור, אך רוב ההתקדמות נעשתה בין 1650 ל- 1925, ועל-כך יעיד מגוון המודלים שהוצגו והעימותים בין המדענים השונים.
קרינה אלקטרומגנטית. תמונה באדיבות ויקיפדיה.
ערכתי סקירה קצרה המתחילה במודל החלקיקי, עוברת דרך מודל הגלים המכאניים, ממשיכה דרך מודל הגלים האלקטרומגנטיים, ומסתיימת במודל הדואלי של האור:
אייזיק ניוטון (1642-1727) הציג בסוף המאה ה-17, מודל שפיתח בכדי לתאר את מהות האור. המודל המתאר את האור כזרם של חלקיקים הנפלטים ממקור אור ונעים במרחב, תוך קיום חוקי המכאניקה הניוטונית. מודל זה מתואר בספרו "אופטיקה" (1704) ומכונה המודל החלקיקי של האור.
אחת מטענות המודל הייתה כי מהירות האור בחומר גדולה פי n ביחס לריק (n הינו מקדם השבירה של החומר ביחס לריק).
כריסטיאן הויכנס (1629-1695), הציג בשנת 1678 בפני האקדמיה למדעים בפריס את המודל הגלי של האור. היה זה מודל של גלים מכנים - המודל טען כי האור הוא גל המתפשט באתר.
הויכנס, דרך אגב, טבע את העיקרון הקרוי על שמו, כי ניתן להתייחס לכל נקודה בחזית גל, כאילו הייתה מקור עצמאי של גל כדורי. בין הויכנס לניוטון התקיימו התנצחויות לגבי נכונות שני המודלים, התנצחויות המתועדות בחליפת מכתבים ששלחו איש לרעהו.
משמעות המודל הגלי הינה כי מהירות האור בחומר קטנה פי n ביחס לריק, בסתירה לטענת המודל של ניוטון.
רוברט הוק (1635-1703) הציע בספרו "מיקרוגרפיה" (1665) תיאוריה גלית נוספת של האור, המשווה את תנודות האור לאלו של גלים במים, ואף הוא התעמת עם ניוטון לגבי מהותו של האור.
סדקים במודל החלקיקי של האור החלו ב-1801 כאשר תומאס יאנג גילה כי האור יכול להתאבך.
ארמנד פיזאו (1819-1896), היה הראשון שמדד את מהירות האור ב-1849 ומצא כי מהירותו גבוהה יותר באוויר לעומת מהירותו במים, מדידה שביססה את ניצחון המודל הגלי.
ג'ימס מקסוול (1831-1879), טען כי האור הוא צורה של קרינה אלקטרומגנטית (1864).
קרינה זו הינה גלים רוחביים של שדות חשמליים ומגנטיים משתנים הניצבים זה לזה ולכיוון ההתקדמות.
מודל זה התאים לתצפיות רבות, אך כשל להסביר את האפקט הפוטואלקטרי שנתגלה על-ידי היינריך הרץ (1857-1894) בשנת1887 ושאושר ניסויית על-ידי תלמידו פיליפ לנארד (1862-1947) ומדענים נוספים בשנת 1902.
מקס פלאנק (1858-1947), אבי תורת הקוונטים, הראה ב-1900 כי אנרגיית האור מגיע ככפולות של יחידה בסיסית, הפוטון.
ב-1905 איינשטיין כתב מספר מאמרים שהשפעתם על הפיסיקה ניכרת עד היום.
אחד מהם הסביר את האפקט הפוטואלקטרי – פוטון יחיד מגיב עם אלקטרון יחיד בשפת המתכת, והאנרגיה שלו משמשת לעקירת האלקטרון ולאנרגיה הקינטית שלו. ההסבר דרש כי האור יהיה בעל אופי חלקיקי, מה שהיווה ממצא סותר לניסוי יאנג, ולמודל הגלי של האור שהיה מקובל באותה תקופה. אין מדובר באופי חלקיקי כפי שהציג ניוטון, כי אם בחלקיקים חסרי מסה אך בעלי אנרגיה.
ההסבר שאיינשטיין נתן אושש על-ידי ניסוי שביצע רוברט מיליקן (1868-1953) בשנת 1916, ניסוי שמטרתו המקורית הייתה להפריך את ההסבר, כיוון שרבים סברו כי היה שגוי.
מקובל לחשוב כי עם פיתוח האלקטרודינמיקה הקוונטית יושבו הסתירות לגבי אופיו של האור על-ידי תיאוריה מקיפה הכוללת תכונות הן של גלים והן של חלקיקים – המודל הדואלי של האור.
את המודל הנוכחי מקובל לראות כמבטא את רעיון הדואליות של נילס בוהר (1885-1962), שבו דן במספר מאמרים בשנים 1933-1962. האופי הגלי והחלקיקי למעשה משלימים זה את זה, והמונח שהוטבע בעניין ממחיש זאת The complementarity principle
להרחבה ניתן למצוא באינטרנט אינפורמציה נוספת לגבי כל אחד מהאישים ופועלם. קיים ספר בעברית, "מודלים של האור" (מאת עדי רוזן, בהוצאת מכון וייצמן) אשר כשמו – כן הוא. הספר משמש בחלק מבתי-הספר בארץ להוראת הפיסיקה של האור, ואתן יכולות למצוא בו הסברים והמחשות לגבי המודלים.
תמונה באדיבות ויקיפדיה.
מאת: ד"ר לירן שמשי
המחלקה לפיזיקה של מערכות מורכבות
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
