Що таке видиме світло?

Звісно, ​​все має бути не так. Світло спантеличує найкращі уми протягом століть, але знакові відкриття, здійснені за останні 150 років, поступово відкривали завісу таємниці над цією загадкою. Тепер ми більш-менш розуміємо, що це таке.

Фізики сучасності не тільки осягають природу світла, а й намагаються керувати їй з безпрецедентною точністю — і отже, світло дуже скоро можна змусити працювати найдивовижнішим способом. З цієї причини Організація Об'єднаних Націй проголосила 2015 Міжнародним роком Світу.

Світло можна описати усілякими способами. Але почати варто з цього: світло це форма випромінювання (радіації). І в цьому порівнянні є сенс. Ми знаємо, що надлишок сонячного світла може спричинити рак шкіри. Ми також знаємо, що радіаційне опромінення може спричинити ризик розвитку деяких форм раку; неважко провести паралелі.

Світло буває різним, і іноді воно може завдати шкоди

Але не всі форми випромінювання однакові. Наприкінці 19 століття вчені змогли визначити точну суть світлового випромінювання. І що найдивніше, це відкриття прийшло не в процесі вивчення світла, а вийшло з десятиліть роботи над природою електрики та магнетизму.

Як вчені вивчали світло

Електрика та магнетизм здаються зовсім різними речами. Але вчені на зразок Ганса Християна Ерстеда та Майкла Фарадея встановили, що ті глибоко переплітаються. Ерстед виявив, що електричний струм, що проходить через провід, відхиляє голку магнітного компасу. Тим часом Фарадей виявив, що переміщення магніту поблизу проводу може генерувати електричний струм у проводі.

Математики того дня використовували ці спостереження для створення теорії, що описує це дивне нове явище, яке вони назвали "електромагнетизм". Але тільки Джеймс Клерк Максвелл зміг описати повну картину.

Внесок Максвелла в науку важко переоцінити. Альберт Ейнштейн, який надихався Максвеллом, казав, що той змінив світ назавжди. Серед інших речей його обчислення допомогли нам зрозуміти, що таке світло.

Максвелл показав, що електричні та магнітні поля пересуваються у вигляді хвиль, і ці хвилі рухаються зі швидкістю світла. Це дозволило Максвеллу передбачити, що світло саме собою переноситься електромагнітними хвилями — і це означає, що світло є формою електромагнітного випромінювання.

Наприкінці 1880-х, за кілька років після смерті Максвелла, німецький фізик Генріх Герц першим офіційно продемонстрував, що теоретична концепція електромагнітної хвилі Максвелла була вірною.

«Я впевнений, що якби Максвелл і Герц жили в епоху Нобелівської премії, вони точно одну отримали б», — каже Грем Холл з Університету Абердіна у Великій Британії — де працював Максвелл наприкінці 1850-х.

Максвел займає місце в анналах науки про світло з іншої, більш практичної причини. В 1861 він оприлюднив першу стійку кольорову фотографію, отриману з використанням системи триколірного фільтра, яка заклала основу для багатьох форм кольорової фотографії сьогодні.

Світло з погляду фізики

З погляду фізики, світло проявляє себе подвійно:

1. Як електромагнітна хвиля (хвильова теорія світла).
2. Як потік частинок (корпускулярна чи емісійна теорія).

Згідно з першою теорією, світло являє собою електромагнітне випромінювання (подібно до радіохвиль).Друга теорія стверджує, що світлове випромінювання – потік частинок, що мають імпульс (подібно до кульок, що летять у просторі).

Вперше електромагнітну теорію, яка пояснює деякі властивості та ефекти, запропонував Максвелл. Надалі цей напрямок був розвинений Юнгом і Френелем.

На рубежі 19 та 20 століть з'ясувалося, що не всі явища можна пояснити за допомогою хвильової теорії. У деяких ефектах світло проявляло себе, як потік частинок. Ці частки назвали фотонами. Світлове випромінювання знову почали розглядати із цього боку. Прихильником корпускулярної теорії був і Альберт Ейнштейн.

За сучасними уявленнями, обидві ці теорії перебувають над протиріччі, але доповнюють одне одного. Деякі світлові явища пояснюються з погляду хвильової теорії, деякі – з погляду корпускулярної.

Корпускулярно-хвильовий дуалізм світлового випромінювання

Наприклад, з погляду хвильової теорії пояснюють відмінність кольорів, що сприймаються оком, а також такі явища, як дифракція та інтерференція. Однак закони геометричної оптики простіше та логічніше пояснювати за допомогою корпускулярної теорії.

Деякі фізичні явища (наприклад, тиск світла) пояснюють з погляду як однієї, і іншої теорії.

З чого складається світло

Згідно з сучасними уявленнями, світло складається з частинок - фотонів (рідше використовується назва світлові кванти). Цю назву ввів американець Гілберт Ньютон Льюїс. Випромінювання світла джерелом зводиться до викиду великої кількості фотонів.

З погляду сучасної фізики, фотон немає розмірів, внутрішньої структури, і навіть маси спокою. Останнє означає, що частка світла може існувати лише рухаючись зі швидкістю світла – близько 300 000 км/с.Ця швидкість постійна у будь-якій системі відліку, якщо при цьому фотон рухається у вакуумі. При попаданні на непрозорий фізичний об'єкт світловий квант або відбивається, або поглинається. Фотон є електрично нейтральною частинкою, тобто його заряд дорівнює нулю.

Як рухається світло

Деякі вважали, що світло рухається у формі хвиль чи брижів, через повітря або загадковий «ефір». Інші думали, що ця хвильова модель є помилковою, і вважали світло потоком крихітних частинок. Ньютон схилявся до другої думки, особливо після серії експериментів, які він провів зі світлом та дзеркалами.

Він зрозумів, що промені світла підпорядковуються суворим геометричним правилам. Промінь світла, відбитий у дзеркалі, веде себе подібно до кульки, кинутої прямо в дзеркало. Хвилі не обов'язково рухатимуться по цих передбачуваних прямих лініях, припустив Ньютон, тому світло повинне переноситися деякою формою крихітних безмасових частинок.

Проблема в тому, що були однаково переконливі докази того, що світло є хвилею. Одна з найнаочніших демонстрацій цього була проведена 1801 року. Експеримент із подвійною щілиною Томаса Юнга, в принципі, можна провести самостійно вдома.

Візьміть лист товстого картону і акуратно проробіть у ньому два тонкі вертикальні розрізи. Потім візьміть джерело «когерентного» світла, яке випромінюватиме світло лише певної довжини хвилі: лазер відмінно підійде. Потім направте світло на дві щілини, щоб проходячи їх, він падав на іншу поверхню.

Ви очікуєте побачити на другій поверхні дві яскраві вертикальні лінії на тих місцях, де світло пройшло через щілини. Але коли Юнг провів експеримент, він побачив послідовність світлих і темних ліній, як на штрих-коді.

Коли світло проходить через тонкі щілини, воно поводиться подібно до водяних хвиль, які проходять через вузький отвір: вони розсіюються і поширюються у формі напівсферичної брижів.

Коли це світло проходить через дві щілини, кожна хвиля гасить іншу, утворюючи темні ділянки. Коли ж бриж сходиться, вона доповнюється, утворюючи яскраві вертикальні лінії. Експеримент Юнга буквально підтвердив хвильову модель, тому Максвелл вдягнув цю ідею у тверду математичну форму. Світло – це хвиля.

Але потім відбулася квантова революція.

Основні характеристики та властивості світла

Так як світло є електромагнітним випромінюванням (подібно до радіохвиль, тільки з дуже високою частотою), він має ті ж характеристики, що і будь-який коливальний процес:

В оптиці, як і інших розділах фізики, для довжини хвилі світла застосовується буква λ, а частота світла позначається як загальноприйнятою латинської буквою f, і грецької буквою ν (ню).

Замість частоти світла для видимого випромінювання зручніше використовувати довжину хвилі, що з частотою співвідношенням λ=с/ν, де з – швидкість світла метрів на секунду. Чим вища частота, тим менша довжина хвилі.

Переважна більшість джерел світла випускають величезну кількість фотонів з фазою, що хаотично змінюється. І лише лазер «видає» відрізки світлових хвиль («цуги»), що у одній фазі. І тут говорять про когерентності випромінювання.

Якщо вам потрібні докладніші докази того, наскільки суб'єктивне наше сприйняття кольору, згадайте веселку. Більшість людей знають, що спектр світла містить сім основних кольорів: червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій та фіолетовий.У нас навіть є зручні прислів'я та приказки про мисливців, які бажають знати місцезнаходження фазану. Подивіться на гарну веселку і спробуйте розглянути усі сім. Не вдалося навіть Ньютону. Вчені підозрюють, що вчений розділив веселку на сім кольорів, оскільки число «сім» було дуже важливим для стародавнього світу: сім нот, сім днів тижня тощо. п.

Спектр

Людське око сприймає світло різної довжини хвилі як враження різних кольорів (рис. 1).

• фіолетовий від 380 нм до 436 нм;
• синій від 436 нм до 495 нм;
• зелений від 495 нм до 566 нм;
• жовтий від 566 нм до 589 нм;
• помаранчевий 589 нм - 627 нм;
• червоний від 627 нм до 780 нм.

Мал. 1. Спектр видимого світла

Біле світло - це суміш усіх кольорів. Ви можете побачити це, розклавши світло у призмі або подивившись на веселку, яка виникає внаслідок дисперсії білого світла на краплинках води у хмарах.

Як виходить, що ми бачимо світ у фарбах? Коли біле світло падає на тіло, частина випромінювання поглинається, а частина відбивається від його поверхні. Якщо тіло поглинає світло від червоного до зеленого і відбиває синє та фіолетове світло, то при розгляді у білому світлі воно матиме відтінок синього або фіолетового, залежно від співвідношення цих кольорів у відбитому світлі.

Видиме світло лише злегка поглинається як атмосферою Землі, і водою. Ця особливість є надзвичайно важливою для життя на Землі. Йому ми зобов'язані не тільки здатністю бачити навколишній простір, але й самим походженням життя на Землі. Життя не могло б існувати без фотосинтезу, для якого необхідне світло.

Світло має хвильову природу, тобто. він схильний до різних фізичних явищ, характерних для хвиль, таким як дифракція або інтерференція.Але в той же час він має корпускулярну природу - він складається з фотонів, елементарних частинок з нульовим зарядом і масою спокою.

Енергія фотона прямо пропорційна частоті хвилі і обернено пропорційна довжині електромагнітної хвилі:

E = h * ν = ( h * c ) / λ, де

де ν – частота хвилі, λ – довжина хвилі, c = 3 * 108 – швидкість світла, h – постійна Планка, h = 6,63 * 10-34 Дж * с = 4,14 * 10-15 е · c.

Змішуючи разом червоні, сині та зелені промені світла, можна отримати будь-який колір. Змішування світла рівної інтенсивності цих трьох кольорів дає біле світло. різної довжини називається адитивним синтезом.

2. Адитивний синтез кольору.

Чутливість людського ока до квітів обумовлена ​​наявністю в сітківці трьох типів фоторецепторів, званих колбами. Кожен тип колб чутливий до різних кольорів світла: червоному, зеленому і синьому.

Центр області видимого світла знаходиться на довжині хвилі близько 555 нм, що відповідає жовто-зеленому кольору. До світла цього кольору чутливість ока найбільш висока.

3. Чутливість очей до світла різної довжини хвилі.

Усі сучасні монітори, телевізори, цифрові камери та подібні пристрої працюють за принципом адитивного змішування кольорів.Комбінуючи кольори RGB (червоний, зелений, синій) у будь-якій кількості комбінацій, можна отримати широкий спектр похідних кольорів на екрані.

Джерелом видимого світла може бути полум'я свічки, газ у люмінесцентній лампі або запалена лампочка, а також об'єкт, що відображає сонячне світло.

Поняття видиме і невидиме світло

Світлом називають електромагнітне випромінювання, що лежить в оптичному діапазоні, розташованому на ділянці частот від 150 гігагерц (ГГц) до 100 петагерц (ПГц). Це відповідає довжинам хвиль від 2 мм до 4 нм.

Але людське око здатне сприймати лише частину цієї ділянки з частотами, що лежать у межах 400-800 ТГц (довжини хвиль 760 – 380 нм). Ця ділянка спектра і називається видимим світлом.

Кордони видимого світла досить умовні. Вони визначаються індивідуально кожної людини.

Деякі тварини і комахи можуть бачити деякі ділянки видимого кольору, розрізняються людиною. Так, око кішки малочутливе до квітів довгохвильової ділянки, що містить червоні та жовті відтінки. Але вони можуть бачити світіння на початку ультрафіолетового сектора, недоступне людям.

Насправді світло займає невелику ділянку в загальному спектрі електромагнітних коливань, але вона має цілком певні властивості. Це дозволило виділити науку про світло та його властивості в окрему галузь фізики – оптику.

Розташування ділянки видимого світла на шкалі частот та довжин хвиль електромагнітних коливань.

Говорити про те, що світло має першовідкривач, некоректно. Вивчення оптичних явищ почалося ще в Античній Греції (принаймні перші згадки про досліди дійшли з тих часів). Із відносно сучасних учених, які заклали основи нинішньої оптики, слід згадати про Ісаака Ньютона.Він виклав результати своїх досліджень у трактаті «Оптика, або трактат про відображення, заломлення, згинання та кольори світла». Англійський вчений вперше ввів поняття спектра стосовно кольорової гами.

Кількість основних кольорів за Ньютоном – сім – збігається з кількістю музичних нот. Англійський вчений був переконаний у зв'язку між кольорами, музикою та фізичними об'єктами.

Ньютон показав, що багато відтінків можна отримати, змішуючи різні кольори між собою. Вважається також, що він висунув гіпотезу про корпускулярну природу світлового випромінювання. З іншого боку, на першому етапі наукових досліджень сер Ісаак Ньютон був прихильником емісійної теорії світла, проте через певний період він схилився до думки, що світло є хвилями.

Колірне коло Ньютона

Дещо пізніше свою працю «Теорія квітів» видав німецький вчений і поет Йоганн Гете. Ця монографія стала серйозним внеском у розвиток оптики як науки. Відмінність підходу Гете від дослідів Ньютона у цьому, що він спочатку не змішував кольори, а розкладав їх у вигляді скляних призм.

Колір Гете

Як вчені використовують світло

Деякі фізики намагаються використати світло для створення шифрованих каналів зв'язку, для грошових переказів, наприклад. Для них є сенс думати про світло як про частинки. Виною всьому дивна природа квантової фізики. Дві фундаментальні частинки, як пара фотонів, можуть бути «заплутані». Це означає, що вони матимуть спільні властивості незалежно від того, наскільки далекі будуть один від одного, тому їх можна використовувати для передачі між двома точками на Землі.

Ще одна особливість цієї заплутаності у тому, що квантовий стан фотонів змінюється, коли їх зчитують.Це означає, що якщо хтось спробує підслухати зашифрований канал, теоретично, він відразу видасть свою присутність.

Інші, як Гулільмакіс, використовують світло в електроніці. Їм корисніше уявляти світло у вигляді серії хвиль, які можна приручити та контролювати. Сучасні пристрої під назвою "синтесайзери світлового поля" можуть зводити світлові хвилі в ідеальній синхронності один з одним. В результаті вони створюють світлові імпульси, які більш інтенсивні, короткочасні та спрямовані, ніж світло звичайної лампи.

За останні 15 років ці пристрої навчилися використовувати для приручення світла з надзвичайним ступенем. У 2004 році Гулільмакіс та його колеги навчилися виробляти неймовірно короткі імпульси рентгенівського випромінювання. Кожен імпульс тривав всього 250 аттосекунд, або 250 квінтильйонних секунд.

Використовуючи ці крихітні імпульси як спалах фотоапарата, вони змогли зробити знімки окремих хвиль видимого світла, які коливаються набагато повільніше. Вони буквально зробили знімки світла, що рухається.

"Ще з часів Максвелла ми знали, що світло - це електромагнітне поле, що осцилює, але ніхто навіть і подумати не міг, що ми можемо зробити знімки осцилюючого світла", - говорить Гулільмакіс.

Спостереження за цими окремими хвилями світла стало першим кроком у напрямку управління і зміни світла, говорить він, подібно до того, як ми змінюємо радіохвилі для перенесення радіо- та телевізійних сигналів.

Сто років тому фотоелектричний ефект показав, що видиме світло впливає на електрони у металі.Гулільмакіс каже, що має бути можливість точно контролювати ці електрони, використовуючи хвилі видимого світла, змінені таким чином, щоб взаємодіяти з металом чітко певним чином.

Як можна зрозуміти, світло це дуже складне явище

Це може зробити революцію в електроніці, призвести до нового покоління оптичних комп'ютерів, які будуть меншими і швидшими за наші.

Втім, нічого нового. Життя використовувало світло ще з тих пір, коли перші примітивні організми розвинули світлочутливі тканини. хімії було присуджено дослідникам, які побудували настільки потужний світловий мікроскоп, що він вважався фізично неможливим Виявилося, що якщо постаратися, світло може показати нам речі, які ми думали ніколи не побачимо.

Довжини хвиль видимого світла

Деякі люди можуть бачити далі в ультрафіолетовому та інфрачервоному діапазонах, ніж інші, тому межі видимого світла червоного та фіолетового нечітко визначені. за допомогою призми та аркуша паперу. Посвітліть яскравим білим світлом через призму, щоб на папері з'явилася веселка. Позначте краї та порівняйте розмір своєї веселки з іншими.

Довжини хвиль видимого світла:

• Фіолетовий: 380-450 нм (частота 688-789 ТГц)
• Синій: 450–495 нм
• Зелений: 495–570 нм
• Жовтий: 570–590 нм
• Помаранчевий: 590–620 нм.
• Червоний: 620-750 нм (частота 400-484 ТГц)

Фіолетове світло має найкоротшу довжину хвилі, що означає, що у нього найвища частота та енергія. Червоний колір має найдовшу довжину хвилі, найкоротшу частоту та найнижчу енергію.

Особливий випадок індиго

Колір індиго немає довжини хвилі. Якщо вам потрібне число, це близько 445 нанометрів, але воно не з'являється на більшості спектрів. На це є причина. Англійський математик Ісаак Ньютон (1643–1727) запровадив слово спектр (латинське слово «зовнішній вигляд») у книжці «Оптика» 1671 року. Він розділив спектр на сім частин – червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, синій, індиго та фіолетовий – відповідно до грецьких софістів, щоб зв'язати кольори з днями тижня, музичними нотами та відомими об'єктами сонячного світла. система.

Отже, спектр спочатку був описаний сімома кольорами, але більшість людей, навіть якщо вони добре бачать колір, не можуть відрізнити індиго від синього чи фіолетового. У сучасному спектрі зазвичай немає індиго. Фактично, є свідчення того, що розподіл спектру Ньютоном навіть не відповідає кольорам, які ми визначаємо довжинами хвиль. Наприклад, індиго Ньютона - це сучасний синій, а його синій відповідає кольору, який ми називаємо блакитним. Ваш синій такий самий, як мій синій? Можливо, але може бути не таким, як у Ньютона.

Видиме світло та земна атмосфера

Видиме світло пробивається крізь оптичне вікно. Це "місце" в електромагнітному спектрі, що пропускає хвилі без опору.Як приклад можна згадати, що повітряний шар розсіює блакитний краще за червоний, тому небеса здаються нам синіми.

Оптичне вікно також називають видимим, оскільки воно перекриває діапазон, доступний людині. Це невипадково. Наші пращури розвинули бачення, здатне використовувати величезне різноманіття довжин хвиль.

Завдяки наявності оптичного вікна ми можемо насолоджуватися м'якими температурними умовами. Функція сонячної яскравості досягає максимуму у видимому діапазоні, що переміщається, не залежно від оптичного вікна. Саме тому поверхня нагрівається.

Чому рентгенівське проміння це не світло

Цікаво, однак, що якщо довжини хвиль стають ще коротшими або довшими, ми перестаємо називати їх «світлом». За межами ультрафіолетового, електромагнітні хвилі можуть бути коротшими за 100 нм. Це царство рентгенівських та гамма-променів. Ви коли-небудь чули, щоб рентгенівське проміння називали формою світла?

Вчений ніколи не назве рентгенівське проміння світлом

"Вчений не скаже "я просвічую об'єкт рентгенівським світлом". Він скаже «я використовую рентгенівське проміння», — каже Гулільмакіс.

Тим часом за межами інфрачервоних і електромагнітних довжин хвилі витягуються до 1 см і навіть до тисяч кілометрів. Такі електромагнітні хвилі отримали назви мікрохвиль або радіохвиль. Комусь може здатися дивним сприймати радіохвилі як світло.

«Немає особливої ​​фізичної різниці між радіохвилями та видимим світлом з погляду фізики, – каже Гулільмакіс. — Ви описуватимете їх одними й тими ж рівняннями та математикою». Тільки наше повсякденне сприйняття розрізняє їх.

Таким чином, ми отримуємо інше визначення світла.Це дуже вузький діапазон електромагнітного випромінювання, яке можуть бачити наші очі. Іншими словами, світло є суб'єктивним ярликом, який ми використовуємо тільки внаслідок обмеженості наших органів чуття.

Яка довжина хвилі для фотосинтезу?

Оскільки в умовах шкільної лабораторії однаково складно точно встановити та оцінити зміни в кількості СО2 у концентрації десятих і сотих часток відсотка, а також зафіксувати різницю у кількості крохмалю, що утворився в листі, рекомендуємо проводити дану лабораторну роботу не у вигляді реального експерименту, а як урок-моделювання за оцінкою результатів подібних досліджень, проведених у різний час вченими, фахівцями різних профілів: біохіміками, фізіологами рослин та агротехніками. Для реалізації цілей лабораторної роботи пропонуємо наступні види завдань.

Завдання 1. Оцініть залежність, зображену на графіку 1, зробіть висновки, відповівши на запитання.
1. Яка була інтенсивність висвітлення на початку експерименту?
2. Як змінюється інтенсивність фотосинтезу під час дослідження?
3. Чи відбиває цей графік лінійну залежність ефективності фотосинтезу від ефективності висвітлення?
4. Чи відбиває цей графік вплив інших чинників, крім інтенсивності висвітлення, на швидкість фотосинтезу?
5. Яка інтенсивність освітлення в люксах наприкінці експерименту?
6. Як зміниться графік при різних відповідях питання 5?
Завдання 2. Оцініть залежність, зображену на графіку 2. Зробіть висновки, відповівши на запитання.
1. Який(і) лімітуючий(і) фактор(и) зображений(і) на графіку?
2. На якому з графіків (1, 2 чи 3) лімітуючим фактором є температура?
3.Яка температура (наслідуючи графік) є оптимальною для процесу фотосинтезу?
4. Чи збігається оптимальна температура на графіку з теоретично очікуваною (описаною у тексті параграфа)?
5. На якому з графіків (1, 2 або 3) лімітуючим фактором є зміст 2?
6. Чи можна точно визначити, який із факторів є лімітуючим на графіку 3? Як потрібно змінити умови експерименту, щоб отримати це питання однозначну відповідь?

Завдання 3. На графіці 3 зображені криві залежності швидкості фотосинтезу від інтенсивності освітлення для двох видів рослин - світлолюбного бамбука і тіньовитривалого конвалії. Виходячи з наявних даних, оцініть залежність, зображену на графіку, зробіть висновки, відповівши на запропоновані запитання.
1. Якій рослині відповідає крива 1 та крива 2?
2. За якої освітленості фотосинтез взагалі не відбувається?
3. Що означає точка а?
4. Що означає точка б?
5. Яка оптимальна освітленість для конвалії?
6. Якою є оптимальна освітленість для бамбука?
Завдання 4. У таблиці наведено дані залежності швидкості фотосинтезу від температури (за інших рівних умов) для трьох видів рослин: ялина звичайна, пшениця яра і цукрова тростина.

Побудуйте графіки за запропонованими даними та дайте відповідь на запитання.
1. До якої екологічної групи (холодостійкі, теплолюбні) належать ці види? Як це пов'язано з ареалом їхнього проживання?
2. Якого виду спостерігається максимальна продуктивність фотосинтезу, а якого – найменша?
3. Якою є оптимальна температура для кожного з видів?
4. При якій температурі здатна фотосинтезувати тільки ялина, а за якої тільки цукрова тростина?
5.Яку температуру ви підтримували б, якби вашою метою було виростити всі види в одній теплиці? Яка температура є найоптимальнішою для всіх трьох видів?

*** Завдання для бажаючих, які успішно виконали попередні завдання (творче завдання). Оцініть запропонований текст. Дайте відповідь на запитання після тексту.
Спробуємо змінювати інтенсивність висвітлення листа. Коли світло дуже слабке, продуктивність фотосинтезу, про яку судять за кількістю крохмалю, що утворився, цілком залежить від освітлення і зростає разом з ним. Але лише до певної межі.
Як пояснити цей експериментальний факт? У аркуші процес фотосинтезу розпадається, принаймні, на дві стадії: є реакції світлові, що цілком визначаються якістю і кількістю світла, і темнові, від світла не залежать, що йдуть навіть у темряві.
Саме до цих висновків дійшов Блекман, нічого не знаючи про біохімію цих процесів, а просто змінюючи освітленість рослини та температуру повітря. Він встановив, що відбуваються два процеси: один із них значною мірою залежить від рівня освітлення, але не від температури, тоді як другий сильно визначається температурою незалежно від рівня світла. Ця гіпотеза лягла в основу сучасних уявлень про фотосинтез. Два процеси іноді називають «світловою» та «темновою» реакцією, що не цілком коректно, оскільки виявилося, що, хоча реакції «темнової» фази йдуть і без світла, для них необхідні продукти «світлової» фази.
Отже, у фотосинтезі яскраве світло несе мільйони фотонів, але в рослині є якісь темряві, які йдуть у темряві (їх раніше називали «блэкмановскими») реакції, на які світло вже ніяк не може вплинути.
Однак, крім сили світла та температури, є ще концентрація в повітрі вуглекислого газу.
Що краще?Яскраве сонце над головою, що щедро і без втоми виливає свої промені, або ж така (фантастична для землян) картина: нічна імла, яка через кожні кілька секунд переривається короткими сонячними спалахами?
Сонце-прожектор чи сонце-маяк?
Дивні, здавалося б, питання, але саме їх, по суті, і поставили у 1932 р. два американські біохіміки – Р. Емерсон та В. Арнольд.
Дослідники висвітлювали рослинні клітини короткими спалахами світла, імпульсами, за якими йшли періоди темряви.
З'ясувалося, що темнова стадія повинна бути в багато разів довшою за світлову.
Так світла і темна сторони життя рослин проявили себе цілком виразно та недвозначно.
Емерсон і Арнольд тлумачили свої дані наступним чином: під час світлового спалаху рослина запасає енергію, вона необхідна для успішного ходу якихось темнових процесів, мабуть, пов'язаних з фіксацією в рослині вуглекислого газу. На відміну від світлового етапу і доки він не завершиться, марно вводити в рослину нові порції світлової енергії.
Ці давні, суто наукові дослідження мали в наші дні несподіване продовження.
Рослини - наші годувальники. Так, вони досить примхливі: добре плодоносять не в будь-яких умовах, вимагають уваги і турботи.
І якщо їм так уже необхідно сонце-маяк, що ж, треба піти їм назустріч, – так вирішили біологи, які працюють у Ленінградському сільськогосподарському інституті (нині Санкт-Петербурзький державний аграрний університет).
Миготливе сонце? Та будь ласка!
В інституті було споруджено спеціальну теплицю. У ній «дні», що тривають миті, змінювали довгі (протягом кількох секунд) «ночі».
Немов вогні маяка, всі штучні світила теплиці по команді моторної автоматики дружно миготіли, створюючи незвичайні навіть для космонавтів умови життя.
Але те, що не сподобалося б космонавтам, сподобалося зеленим вихованцям, що розмістилися на грядках цього фантастичного світка.
Досвід ленінградців повторили городники Мурманська, Гомеля та інших міст. І не пошкодували про це: урожаї значно зросли, а ось витрати електроенергії різко скоротилися. Адже при вирощуванні в теплицях огірків та помідорів левову частку витрат складає саме оплата електроенергії. (При вмілому регулюванні світла, стверджують вчені, потреби електроенергії в теплицях можна скоротити в 400 разів.)
Світле та темне – тут багато загадок, дослідникам ще доведеться поламати над ними голову.
Ну от хоч би поняття «врожайний рік». Що це таке: чи велика кількість вологи, тепла, «африканського» сонця? Звісно, ​​ні.
Виявляється, у рослин бувають дні, коли вони ростуть, немов на дріжджах. І це трапляється, як з'ясували працівники того ж інституту, якщо по небу чергою біжать хмари, то закриваючи, то відкриваючи сонечко.
Так виник ще один варіант, що обіцяє рослинам у теплицях небувалий комфорт. Тепер під скляним дахом вчені тримали постійне невисоке світлове тло (імітація похмурих днів).Але іноді давали ще й сильні світлові удари-спалахи (сонце з-за хмар). І ця схема освітлення виявилася для зелені також справді чудотворною.
1. Які висновки з наведеного тексту ви зробили?
2. Як би ви рекомендували висвітлювати рослини в теплицях за умов Казахстану?
3. Чи рекомендували б ви різний режим освітлення рослин на півдні та півночі нашої країни?
4. Який, на вашу думку, режим освітлення був би найбільш вигідним?