Fotonii si lumina

In antichitate, unii filosofi greci erau de parere ca observarea a tot ce se intampla in jurul nostru se aseamana cu simtul tactil, adica al pipaitului, considerand ca spre obiectele provenite ar porni din ochi un fel de fibre nevazute, sensibile, comparabile cu tentaculele caracatitelor sau ale unor animale. Dar tot atunci existau alti filosofi, cu pareri diferite referitoare la simtul vederii. Ei credeau ca lumina provine de la lucrurile dimprejur, care, in conditii deosebite, o produc, si, deci, lumina ajungand pana la ochi, facea posibila perceperea corpurilor. Fireste ca astfel de opinii, privite prin prisma cunostintelor actuale, sunt fanteziste, desi ultima nu este total lipsita de logica. Anticii descoperisera, totusi, un aspect real cu privire la lumina, si anume ca ea se propaga numai in linie dreapta, adevar sustinut, de exemplu, de Heron din Alexandria pe la anul 125 i.Hr. Cat priveste viteza luminii, Aristotel (384-322 i.Hr.) sustinea ca ar fi infinita.

Despre lumina s-au emis, pe parcursul secolelor, fel de fel de ipoteze, unele eronate, altele confirmate de dovezi experimentale.

Incepand de prin secolul al XVII-lea au fost descoperite o serie de fenomene precum difractia, interferente etc. Acceptandu-se ideea ca lumina se propaga in linie dreapta, s-a ajuns la ideea ca ea ar fi constituita dintr-un flux de corpuscule pe care il emite orice sursa de lumina si, a caruie deplasare intr-un mediu omogen se desfasoara uniform.

Teoria naturii corpusculare a luminii a fost sustinuta de Isaac Newton (1642-1727). El a introdus notiunea de foton (in greaca veche, fos, fotos inseamna lumina). Ipoteza lui a fost acceptata si sustinuta de invatatii vremii 80-90 de ani de la formularea ei. Dar, in 1690, fizicianul olandez Christian Huygens (1629-1695) a emis o noua teorie cu privire la natura luminii, “teoria ondulatorie” a acesteia, afirmand ca lumina ar fi formata din unde care se propaga intr-un mediu elastic, numit eter, existent peste tot in spatiu. Ulterior, s-a renuntat la ideea existentei eterului.

Dupa Huygens, propagarea undelor de lumina era un fenomen asemanator cu deplasarea ondulatiilor formate pe suprafeta unei ape linistite, atunci cand se arunca o piatra in ea. Ipoteza lui Huygens era si ea sustinuta de fapte experimentale, care nu se incadrau in teoria corpusculara. Multa vreme, intre oamenii de stiinta au existat numeroase dispute cu privire la cele doua teorii. Disputei i s-a pus capat de-abia in 1924, cand fizicianul francez Louis de Broglie a pus bazele “mecanicii ondulatorii”, postuland caracterul dualist, ondulatoriu si corpuscular in acelasi timp al fotonilor, ficarui particule corespunzandu-i si o anumita lungime de unda. Aceasta ipoteza a fost admisa si in prezent. De Broglie s-a inspirat din lucrarile fizicianul englez James Maxwell (1831-1879), care, in 1865, a dedus, pe baza de calcule, ca trebuie sa existe unde electromagnetice, unde transversale, a caror viteza si natura sunt identice cu acelea ale undelor de lumina, punand astfel bazele teoriei electromagnetice a luminii. Ipotezele lui Maxwell au fost demonstrate in 1888, cand fizicianul german Heinrich Hertz (1857-1894) a confirmat experimental existenta undelor electromagnerice, dovedind ca proprietatile lor (viteza, reflexie, refractie) sunt identice cu acelea ale luminii.

S-a ajuns astfel la concluzia ca lumina face parte tot din domeniul undelor ectromagnetice, rezultand prin interactiunea campului electric asupra campului magnetic.

In anul 1900, fizicianul german Max Planck (1858-1947), premiat Nobel in 1918, a introdus in fizica o notiune noua, aceea a cuantelor de energie, a discontinuitatii in procesele electromagnetice si, in particular, in fenomenul de emisie a luminii. Planck stabileste ca orice proces de natura electromagnetica nu are o manifestare continua, adica nu se desfasoara precum curgerea uniforma a unui rau, ci in mod intermitent, printr-o serie de portiuni mici de energie, elementare, pe care le denumeste cuante. Exista o foarte stransa legatura intre campul electromagnetic si substanta, intrucat, de exemplu, in cazul luminii, o cuanta de lumina se poate transforma intr-o pereche electron-pozitron sau, printr-un proces intern, din contopirea unui electron cu un pozitron rezulta o cuanta de lumina. Se stie insa ca atat electronul cat si pozitronul sunt particule constitutive ale atomului, deci, ale substantei. Aceste fapte au dus din nou la ideea ca lumina, precum si celelalte radiatii electromagnetice sunt alcatuite din particule elementare, adica din fotoni. Fiind o particula materiala, fiecare foton poseda o anumita energie mecanica. Inca din secolele trecute, fara sa se cunoasca actualele teorii, tinand insa seama de faptul ca fotonii de lumina sunt corpuscule materiale, s-a ajuns la concluzia ca ei exercita asupra tuturor corpurilor o anumita presiune, datorita masei lor in miscare si a energiei potentiale de care dispun. Fotonii exercita presiuni asuora tuturor celor existente pe Pamant, ca si in Cosmos. Presiunea exercitata de lumina asupra Terrei este destul de redusa, dar ea a fost masurata cu suficienta precizie, prin diverse metode moderne. Se pare insa ca in Cosmos aceasta presiune ar fi mult mai mare, datorita existentei vidului cosmic, fapt ce a condus la ideea realizarii unor nave cosmice fotonice, care sa se poata deplasa in spatiul extraterestru, cel putin in sistemul solar, fiind actionate de “vantul solar”, aceasta gigantica eruptie de fotoni.

Liviu Macoveanu