مقاله ای کامل در مورد نور

نویسنده : محمد حسین بهرامی در تاریخ : ۱۶ بهمن ۱۳۹۱ ۰ نظر

فرایند نور:
۱- موجب دیدن اجسام می شود.
۲- موجب عمل غذاسازی گیاهان می شود.
۳- باعث کارکردن کلیه وسایل نوری می شود. ۴- موجب تغییر رنگ لباس و پارچه می شود.برای آنکه جسمی دیده شود، باید از آن جسم نور به چشم برسد، بنابر این جسم یا باید از خودش نور تابش کند و یا نورهایی را که برآن تابیده شده است، به طرف چشم بیننده بازتاب دهد.
به همین دلیل اجسام به دو دسته تقسیم می شوند.
۱- اجسام منیر یا چشمه ی نور: اجسامی که از خود نور تولید می کنند. مانند خورشید، لامپ روشن، شمع روشن، چوب در حال سوختن
۲- اجسام غیر منیر: این اجسام از خود نوری تابش نمی کنند، بلکه نوری را که از چشمه های نور به آن ها تابیده است به طرف چشم، باز می گردانند، در نتیجه ما می توانیم آن ها را ببینیم.انواع چشمه ی نور:
۱- چشمه ی گسترده نور: یک شی نورانی نظیر خورشید، چراغ روشن، شعله ی شمع را چشمه ی نور گسترده می یم.
۲- چشمه نور نقطه ای: اگر صفحه ای از مقوا را که روی آن روزنه ی کوچکی ایجاد شده است، درمقابل چراغ روشنی قراردهیم، نور چراغ پس از گذشتن از روزنه منتشر می شود و روزنه مانند یک چشمه نور کوچک عمل می کند که به آن چشمه ی نقطه ای نور می گویند. تقسیم بندی اجسام غیر منیر از نظر عبور نور از آنها:
۱- اجسام شفاف : اجسامی که نور از آن ها عبور می کند مانند شیشه – هوا – آب
۲- اجسام نیمه شفاف : اجسامی که نور از آن ها عبور می کند ولی از پشت آن ها اجسام دیگر به طور واضح دیده نمی شوند. مانند شیشه های مات – کاغذ کالک
۳- اجسام کدر اجسامی که نور از آن ها عبور نمی کند.مانند آجر-مقوا-چوب و ….نور به خط راست منتشر می شود.
چند دلیل مهم برای اثبات این موضوع:
۱- عبور نور از لابه لای شاخ و برگ درختان
۲- تشکیل سایه
۳- خورشید گرفتگی
۴- ماه گرفتگیسایه چگونه تشکیل می شود؟ اگر جسم کدری در مقابل منبع نوری قرار گیرد در پشت جسم محوطه ی تاریکی بوجود می آید که به آن سایه می گویند.
راههای تشکیل سایه :
۱- تشکیل سایه به وسیله چشمه ی نقطه ای نور: در این حالت فقط سایه کامل ایجاد می شود و مرز مشخصی بین تاریکی و روشنایی وجود دارد.
نکته: قطر سایه به فاصله ی چشمه ی نور تا جسم کدر و پرده بستگی دارد.
نکته: هر گاه چشمه ی نور به جسم کدر نزدیک شود قطر سایه بزرگتر می شود و هرگاه چشمه ی نور را از جسم کدر دور کنیم قطر سایه کوچک تر می شود.
هر گاه سایه به وسیله ی چشمه ی نقطه ای تشکیل شود بین قطر سایه و قطر جسم کدر رابطه ی زیر وجود دارد. مثال : جسمی به طول ۱۰CM در فاصله ی ۵CM از یک منبع نقطه ای نور قراردارد. اگر فاصله ی پرده تا منبع
نور ۶۰CM باشد، در این صورت طول سایه چقدر است؟
AB=10CM
OH=5CM
OH=60CM
?=AB 2- تشکیل سایه به وسیله چشمه ی گسترده نور: در این حالت علاوه بر سایه کامل، نیم سایه نیز دیده می شود. – خورشید گرفتگی (کسوف): هر گاه در چرخش ماه به دور زمین و هر دو به دور خورشید، مرکز آن سه (ماه،زمین،خورشید) روی یک خط راست واقع شود به طوری که ماه در وسط باشد، ماه جلوی نور خورشید را می گیرد و سایه آن روی زمین می افتد در نتیجه کسانی که در سایه ی ماه قرار دارند خورشید را تاریک می بینند. در این صورت می گوییم، خورشید گرفتگی رخ داده است. – ماه گرفتگی: اگر زمین بین ماه و خورشید قرار گیرد، زمین جلوی نور خورشید را می گیرد و سایه آن روی ماه می افتد و آن را تاریک می کند. در این صورت می گوییم ماه گرفتگی رخ داده است. بازتاب نور : برگشت نور از سطح یک جسم را بازتاب می گویند. انواع بازتاب نور:
۱- بازتاب منظم: این بازتابش در سطوح بسیار صاف صورت می گیرد. در این صورت پرتوهای نور به طور موازی به سطح تابیده و به طور موازی در یک جهت بازتاب می شوند. در این نوع بازتاب همواره تصویری واضح و روشن ایجاد می شود. مانند آینه
۲- بازتاب نظم: هرگاه یک دسته پرتو موازی نور به سطح ناهمواری برخورد کند به صورت پرتوهای غیر موازی و در جهات متفاوت بازتاب می شوند. دراین نوع بازتابش تصویر اشیاء مبهم و شخص است. 

light writing مقاله ای کامل در مورد نور
اصل انعکاس: در بازتاب نور از سطح یک جسم، همواره زاویه تابش و بازتاب برابرند. نکته ۱: پرتو تابش: پرتو نوری که به سطح می تابد.(I)
نکته۲: پرتو بازتابش: پرتو بازگشته از سطح را می گویند.(R)
نکته۳: زاویه تابش: زاویه بین پرتو تابش و خط عمود را می گویند.(i)
نکته۴: زاویه بازتابش: زاویه بین پرتو بازتاب و خط عمود را گویند.(r)
نکته۵: زاویه آلفا ? : زاویه بین پرتو تابش و سطح آینه را گویند.
نکته۶: زاویه بتا ? : زوایه بین پرتو بازتاب و سطح آینه را گویند.
نکته۷: زاویه تابش متمم زاویه ? است. یعنی
نکته۸: زاویه باز تابش متمم زاویه ? است. یعنی انواع دسته اشعه (پرتو) نورانی:
۱- دسته پرتو موازی: این پرتوها همانطور که از اسمشان پیدا است با هم موازی هستند.
۲- دسته پرتو همگرا: پرتوهایی هستند که در آن شعاع های نور در جهت انتشار به هم نزدیک می شوند و در یک نقطه به هم می رسند.
۳- دسته پرتو واگرا: پرتوهایی که در آن شعاع های نور در جهت انتشار از هم دور می شوند.
پرتوهای حقیقی:
پرتوهای تابش و بازتابش که به چشم می رسند را پرتوهای حقیقی می گویند. پرتوهای مجازی:
امتداد پرتوهای واگرایی که از سطح آینه بازتاب می شوند(در پشت آینه) پرتوهای مجازی گفته می شود. تصویر حقیقی:
زمانی تشکیل می شود که پرتوهای تابش شده از یک نقطه شی پس از برخورد به آینه یا عدسی در نقطه ای دیگر به هم برسند. تصویر حقیقی بر روی پرده تشکیل می شود. تصویر مجازی:
تصویری که پرتوهای مجازی در پشت آینه به وجود می آورند را می گویند.تصویر مجازی بر روی پرده تشکیل نمی شود. آینه:
قطعات شیشه ای که پشت آنها نقره اندود یا جیوه اندود شده است و می توانند نور را بازتاب دهند بازتاب از سطح آینه منظم است. ویژگی های تصویر در آینه تخت
۱- تصویر مجازی
۲- تصویر مستقیم
۳- تصویر برگردان(وارون جانبی)
۴- طول تصویر با طول جسم برابر است.
۵- فاصله تصویر تا آینه با فاصله ی جسم تا آینه برابر است.
کاربرد آینه ی تخت:
۱- استفاده از تصویر مستقیم آن در خانه و وسایل نقلیه
۲- استفاده از آینه برای ارسال علایم مخابراتی به فاصله دور
۳- استفاده از آینه ی تخت برای اندازه گیری سرعت نور و وسایل نور بازتابی (تلسکوپ بازتابی)
۴- پریسکوپ: این دستگاه از لوله ای تشکیل شده که در دو طرف آن دو آینه ی تخت موازی نصب شده که هر یک از این آینه ها با محور آینه زوایه ۴۵ درجه می سازد. هر تصویری که در یکی از این آینه ها دیده می شود در دیگری نیز مشاهده می شود.
انتقال آینه ی تخت:
هرگاه جسمی در برابر آینه ی تختی قرار گیرد، تصویر مجازی آن در آینه دیده می شود. چنانچه آینه به اندازه d جابه جا شود. تصویر به اندازه ۲d نسبت به جسم جابه جا می شود. اگر آینه ثابت باشد و جسم به اندازه d نسبت به آینه جا به جا شود تصویر نسبت به جسم به اندازه d جا به جا می شود. سرعت انتقال تصویر:
سرعت انتقال تصویر در آینه ی تخت در حالتی که آینه ثابت باشد و جسم با سرعت V در راستای عمود بر سطح آینه حرکت کند، نسبت به مکان اولیه اش برابر V است.
در حالی که جسم ساکن باشد و آینه در راستای عمود بر سطح آینه با سرعت V حرکت کند، سرعت انتقال تصویر در آینه نسبت به مکان اولیه اش برابر ۲V خواهد بود.
در حالی که جسم و آینه هر یک با سرعت V به طرف هم حرکت کنند، سرعت انتقال تصویر در آینه نسبت به مکان اولیه اش برابر ۳Vخواهد بود. تصویر در آینه های متقاطع:
هر گاه جسم روشنی در فضای بین دو آینه ی متقاطع قرار گیرد پرتوهایی از جسم به هر یک از دو آینه می تابد و دو تصویر مجازی به وجود می آورد. اگر پرتوها پس از باز تابش های متوالی به آینه برخورد کنند تصویرهای دیگری نمایان می شود. هر چه زاویه بین دوآینه ? کوچکتر باشد تعداد این تصویرها بیش تر است. تعداد تصویرها (n) از رابطه ی زیر به دست می آید. نکته: در حالتی که دو آینه موازی باشند ۰=? تعداد تصاویر بی نهایت زیاد است. آینه های کروی:
الف) آینه مقعر(کاو): اگر سطح داخلی آینه بازتاب کننده باشد، به آن آینه کاو می گویند.
نکته ۱: اگر یک دسته پرتو نور موازی به آینه کاو بتابد پرتوهای بازتابیده در یک نقطه به کانون حقیقی به هم می رسند.
کانون با حرف F نمایش داده می شود.
به فاصله کانون تا آینه، فاصله کانونی می گویند و با حرف f نمایش می دهند.
نکته۲: آینه های کاو می توانند از یک جسم هم تصویر مجازی و هم تصویر حقیقی ایجاد کنند.
تشکیل تصویر حقیقی یا مجازی، بستگی به فاصله جسم از آینه های کاو دارد. هر چه جسم به آینه نزدیک تر باشد، تصویر در فاصله ای دورتر ایجاد می شود و هرچه جسم را از آینه دور کنیم تصویر به آینه نزدیک تر می شود.ب) آینه ی کوژ: اگر سطح خارجی آینه بازتاب کننده باشد، آن را آینه ی کوژ می گویند.
نکته۱: هرگاه پرتوهای نور موازی محور اصلی به آینه محدب بتابد، طوری باز می تابد که امتداد پرتوهای بازتاب از یک نقطه روی محور اصلی می گذرند. این نقطه را کانون اصلی آینه ی محدب می ند. کانون آینه محدب مجازی است.
نکته ۲: تصویر در آینه ی محدب همواره مجازی، کوچک تر از جسم و مستقیم خواهد بود.
شکست نور:
وقتی نور به جسمی می تابد، مقداری از آن نور بازتاب می شود، مقداری نیز از جسم عبور می کند،
اما جسم های شفاف مانند هوا، آب، شیشه، طلق های پلاستیکی شفاف نور را به خوبی از خود عبور می دهند.
نور در یک محیط معین در مسیر مستقیم حرکت می کند.
اگر در مسیر نور یک قطعه جسم شفاف عمود در مسیر نور قرار گیرد، مسیر نور در هنگام عبور از جسم هم چنان مستقیم خواهد بود.
اما اگر نور در مسیر خود، با زوایه ای دیگر به یک جسم شفاف (مثلا شیشه) برخورد کند، هنگام ورود به شیشه مسیر حرکتش مقداری کج می شود. به این پدیده شکست نور می گویند.
نور در یک محیط معین، به صورت مستقیم و با سرعت ثابت حرکت می کند، هرگاه محیط تغییر کند، سرعت نور نیز تغییر کرده و نور منحرف می شود و در مسیر جدید به خط راست حرکت می کند.
تغییر مسیر پرتو نور به هنگام عبور از یک محیط شفاف به محیط شفاف دیگر را شکست نور می گویند. زاویه تابش: زاویه ای بین پرتو تابش و خط عمود (i)
زاویه شکست: زاویه ای بین پرتو شکست و خط عمود (r) رابطه ی زاویه تابش و زاویه ی شکست:
۱- اگر پرتو تابش عمود بر سطح مشترک بین دو محیط باشد،(یعنی زاویه آن با خط عمود برابر صفر باشد) در این صورت نور بدون شکست وارد محیط دوم شده و منحرف نمی شود. ۲- اگر پرتو تابش از محیط رقیق وارد محیط غلیظ شود در این حالت پرتو شکست به خط عمود نزدیک می شود یعنی زاویه شکست از زاویه ی تابش کوچک تر می شود. ۳- اگر پرتو تابش از محیط غلیظ وارد محیط رقیق شود، در این حالت پرتو شکست از خط عمود دورتر می شود و زاویه ی شکست از زاویه ی تابش بزرگ تر می شود. علت شکست نور:
علت شکست نور، متفاوت بودن سرعت نور در محیط های مختلف است. سرعت نور در خلا یا هوا در حدود است اما وقتیکه وارد آب می شود، سرعت آن به حدود کیلومتر بر ثانیه می رسد. سرعت نور در شیشه(که غلیظ تر از آب است) کم تر و در حدود است. این تفاوت سرعت نور سبب می شود که راستای پرتوهای نور هنگام عبور از یک محیط به محیط دیگر، شکسته شود و پدیده شکست نور اتفاق بیفتد.
عمق ظاهری، عمق واقعی:
هنگامی که از هوا به جسمی در داخل آب نگاه کنیم آن جسم به سطح آب نزدیکتر و وقتی از داخل آب به جسمی در هوا نگاه کنیم، دورتر به نظر می رسد. وقتی نور به طور مایل از یک محیط شفاف وارد محیط شفاف دیگر می شود، در مرز مشترک دو محیط، تغییر می دهد(شکسته می شود) همین عامل سبب بالاتر دیده شدن جسم نسبت به سطح واقعی گردد. منشور:
قطعه ای مثلثی شکل است که از یک ماده شفاف مثل شیشه یا پلاستیک های بی رنگ ساخته می شود. وقتی پرتوهای نور به یکی از دیواره های منشور برخورد می کند و به آن وارد می شود، در اثر پدیده ی شکست مسیرش تغییر می کند. این پرتو هنگام خروج از دیواره ی دیگر منشور نیز، دچار تغییر می شود.
آزمایش نیوتن:
هرگاه شعاع نور سفیدی بر یک وجه منشور شیشه ای که قاعده ی آن به شکل مثلث است بتابانیم، نور سفید تجزیه شده و پرتوهای خروجی از منشور بر روی پرده طیف رنگینی از هفت رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش را تشکیل می دهد. علت این پدیده آن است که میزان شکست نورهای رنگی مختلف، با هم یکسان نیست. هرگاه نور سفید وارد منشور شود، تغییر مسیر رنگ های تشکیل دهنده ی نور سفید از قرمز تا بنفش بیش تر شده و به هنگام خروج از منشور رنگ های مختلف نور سفید از یکدیگر جدا می شوند.
جداسازی رنگ های نور سفید به وسیله ی منشور را پاشیدگی نور (پاشیده شدن) می گویند. به مجموعه نورهای رنگی که از پاشیده شدن نور در منشور به وجود می آید طیف نور گفته می شود.
عدسی ها:
اگر دو منشور را مطابق شکل های مقابل به هم بچسبانیم و سطح آن ها را به صورت خمیده تراش دهیم، عدسی به وجود می آید.
عدسی ها مانند منشور می تواند جهت پرتوهای نور را تغییر دهد، همین امر سبب می شود اجسام از پشت عدسی به صورتهای مختلف دیده شوند.انواع عدسی:
۱- عدسی همگرا(محدب یا کوژ) ضخامت وسط این عدسی بیش تر از ضخامت کناره های آن است.
این نوع عدسی پرتوهای نور موازی را شکسته و در یک نقطه متمرکز می کند یا به عبارت دیگر پرتوهای نور را به یکدیگر نزدیک می کند.
۲- عدسی واگرا (مقعر یا کاو) ضخامت وسط این عدسی کم تر از ضخامت کناره های آن است.
این نوع عدسی پرتوهای نور موازی را شکسته و آنها را واگرا می نماید به عبارت دیگر پرتوهای نور را از یکدیگر دور می کند. عدسی همگرا:
این نقطه کانون عدسی(ذره بین)است. اگر فاصله ی بین عدسی تا صفحه ی کاغذ را اندازه بگیرید، این فاصله را فاصله کانونی عدسی گویند.
هرگاه یک دسته پرتو نور موازی با محور اصلی به عدسی همگرا بتابد پس از عبور از عدسی شکسته شده و پرتوها در یک نقطه یکدیگر را قطع می کنند. این نقطه کانون اصلی عدسی بوده و با F نمایش داده می شود.
فاصله ی بین کانون و مرکز نوری عدسی را فاصله ی کانونی عدسی می گویند و با علامت (f) نمایش می دهند.
نکته: عدسی های همگرا هم تصویر حقیقی و هم تصویر مجازی ایجاد می کنند.
ویژگی های تصویر در عدسی همگرا بستگی به فاصله شی از عدسی و فاصله ی کانونی دارد. عدسی واگرا:
هر گاه پرتوهایی موازی محور اصلی به عدسی واگرا بتابد پس از شکست و عبور از عدسی طوری از هم دور می شوند که امتداد آن ها از یک نقطه روی محور اصلی بگذرند. این نقطه را کانون عدسی واگرا می ند.
نکته: عدسی ها واگرا همواره تصویری مجازی، مستقیم، کوچک تر از جسم و نزدیک تر(در همان طرف شی) ایجاد می کند.

 

ماهیت ذر‌ه‌ای

اسحاق نیوتن (Isaac Newton) در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌شوند. احتمالاً اسحاق نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیطهای همگن به نظر می‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌شوند که این امر را قانون می‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است.

ماهیت موجی

همزمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens) (1695-1629) طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با بکار بردن امواج اصلی و موجکهای ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوندپدیده‌های تداخلی هستند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع.

ماهیت الکترومغناطیس

بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (1879-1831) است که ما امروزه می‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌شود. گسترده کامل امواج الکترومغناطیسی شامل: موج رادیویی ، تابش فرو سرخ ، نور مرئی از قرمز تا بنفش ، تابش فرابنفش ، اشعه ایکس و اشعه گاما می‌باشد.

 

photoelectriceffect مقاله ای کامل در مورد نور

ماهیت کوانتومی نور

طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول قرن بیستم بوسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترومغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترومغناطیسیبه مقادیر گسسته‌ای به نام “فوتون” انجام می‌گیرد.

نظریه مکملی

نظریه جدید نور شامل اصولی از تعاریف نیوتون و هویگنس است. بنابراین گفته می‌شود که نور خاصیت دو گانه‌ای دارد، برخی از پدیده‌ها مثل تداخل و پراش خاصیت موجی آنرا نشان می‌دهد و برخی دیگر مانند پدیده فوتوالکتریک ، پدیده کامپتون و … با خاصیت ذره‌ای نور قابل توضیح هستند.

تعریف واقعی نور چیست؟

تعریف دقیقی برای نور نداریم، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی باهم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را می‌کنند. نظریه ماکسول دربارهانتشار نور و بحث می‌کند در حالی که نظریه کوانتومی برهمکنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌دهد ازآمیختن این دو نظریه ، نظریه جامعی که کوانتوم الکترودینامیک نام دارد، شکل می‌گیرد. چون نظریه‌های الکترومغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است. طبیعت نور کاملا شناخته شده است، اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست؟

گسترده طول موجی نور

نور گستره طول موجی وسیعی دارد چون با نور مرئی کار می‌کنیم اغلب تصاویر و محاسبات در این ناحیه از گستره الکترومغناطیسی انجام می‌گیرد اما روشهای مورد بحث می‌تواند در تمام ناحیه الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار گیرند. ناحیه نور مرئی بر حسب طول موج از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) گسترده است که در وسط آن طول موج ۵۵۵ نانومتر (نور زرد) که چشم انسان بیشترین حساسیت را نسبت به آن دارد یک ناحیه پیوسته که ناحیه مرئی را در بر می‌گیرد و تا فرو سرخ دور گسترش می‌یابد.

 

Prism مقاله ای کامل در مورد نور

خواص نور و نحوه تولید

سرعت نور در محیطهای مختلف متفاوت است که بیشترین آن در خلاء و یا بطور تقریبی در هوا است، در داخل ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته است. بوسیله کاواک جسم سیاه می‌توان تمام ناحیه طول موجی نور را تولید نمود. در طبیعت در طول موجهای مختلف مشاهده شده اما مشهورترین آن نور سفید است که یک نور مرکبی از سایر طول موجها می‌باشد. تک طول موجها آنرا بوسیله لامپهای تخلیه الکتریکی که معرف طیفهای اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده می‌توان تولید کرد.

علم فیزیک یکی از شاخه های مهم علوم است تا آنجا که دانشمندان آن را زیر بنای بسیاری از علوم تجربی می دانند.تاکنون تعریف های زیادی ازاین شده است.برخی از دانشمندان در تعریف آن می گویند:علم فیزیک علم تحقیق در خواص اجسام وقوانینی است که به وسیله آن قوانین تغییر حالت وحرکت اجسام، بدون تغییر ماهیت آنها مورد مطالعه قرار می گیرد. برخی از دانشمندان آن را علمی می دانند که درباره اجزای اصلی تشکیل دهنده مواد و نیروهایی که آن اجزا بر یکدیگر اعمال می کنند و نیز نتایج حاصل از اعمال این نیروها بحث می کند.

علم فیزیک تحت عنوان قدیم ترش یعنی، فلسفه طبیعی تا نیمه دوم قرن بیستم میلادی طیف وسیعی از علوم شامل می شد ولی به تدریج که شاخه هایی به صورت علوم خاص (شیمی،نجوم،فلزات،هواشناسی و…)از آن جدا شدند،به مرزهای فعلی خود محدود شد.در حدود سال ۱۸۷۰٫م نام جدید فیزیک جایگزین نام قدیم تر این علم شد.برخی از دانشمندان علم فیزیک راعلم انرژی نیز نامیده اند.

تا نیمه دوم قرن بیستم علم فیزیک تنها به۳شاخه تقسیم می شد اما پیشرفتهای سریع و شگفت انگیز آن در نیمه دوم قرن بیستم بر تعداد شاخه های این علم افزود.گسترش دانش بشری در هر یک از شعبه های این علم آنچنان است که حتی انسان های بسیار هوشمند به سختی می توانند در هر یک از آنها به مرحله تخصصی برسند و تردیدی نیست که هر یک از این شاخه ها در آینده نزدیک، خود به شاخه های متعدد دیگر تقسیم می شوند.

 

پیدایش فیزیک نوین

 

سیر تحولات علم فیزیک تنها به رد شدن برخی از نظرات نیوتن درباره نور منجر نمی شد. در اواخر قرن نوزدهم،دانشمندان با پدیده های جدیدی روبه رو شدند که قوانین و اصول شناخته شده در فیزیک از حل بسیاری از آنها عاجز مانده بود و لازم بود که برای توجیه آنها طراحی جدید اعلام گردد.از همین رو دانشمندان علم فیزیک را به فیزیک کلاسیک و فیزیک نوین تقسیم کردند.اگر چه این بدان معنی نیست که همه قوانین فیزیک کلاسیک بی اعتبار بوده است اما اکتشافات انسان در اواخرقرن نوزدهم در زمینه سرعت نور،پدیده فوتو الکتریک،طیف تابشی و جذبی گازها،تابش مداوم اتم ها،خاصیت رادیو اکتیویته با معادلات و روابط موجود در فیزیک کلاسیک قابل توجیه نبود و لذا فیزیک نوین جای فیزیک کلاسیک را گرفت.فیزیک کلاسیک متضمن کشف هایی در الکتریسیته و مغناطیس بود. فارادی پی برد که از واکنش میان میدان های الکتریکی و مغناطیسی باید اختلالات الکتریکی متحرکی به صورت موج،نتیجه شود.ماکسول به اندیشه های فارادی قالبی ریاضی داد و توانست سرعت حرکت این امواج را حساب کند. معلوم شد که این سرعت همان سرعت سیر نور است.او به این ترتیب،ماهیت الکترومغناطیسی امواج نور و گرما را محقق ساخت.آزمایش های تامس یانگ درباره ی تداخل نور ،ثابت کرد که نور متشکل از امواج است نه ذرات .فرنل، ثابت کرد که وقتی نور از سوراخ های ریز می گذرد وموانع را دورمیزند،الگوهای تداخلی (آثار پراش)بوجود می آید.در آغاز قرن نوزدهم رامفورد نشان داد که گرما نوعی انرژی است و کارنو با سیکل کارنو، علم ترمودینامیک را بنیان نهاد.این مبانی به نظریه ی جنبشی گازها انجامیدوعلاوه بر این ،مفهوم آنتروپی از آنها زاده شد.

در اواخر قرن نوزدهم به نظر میرسید که دیگر چیزچندانی برای کشف کردن باقی نمانده است؛اما چند کشف بزرگ همه چیز را تغییر داد:کشف الکترون و پرتو رونتگن یا پرتوxو نظریه کوانتا موجب پدید آمدن فیزیک نوین گشت که در ادامه به شرح آن می پردازیم.

امروزه برای همه دانشمندان این موضوع روشن شده است که هیچ کس نمی تواند مانند گذشته خود را «علامه» یا«جامع العلوم» بداند و بخواهد در چندین رشته علمی متخصص وکارشناس شود.

 

فیزیک نور

 

از میان همه ی شاخه های فیزیک، بی گفتگو مبحث نور شاخه ای  است که کار تحقیق در آن از همه بیشتر پیش  رفته است. 

ماکس پلانک

مطالعه ی نور از دوران تمدن یونان باستان آغاز شداما دانشمندان یونانی دستاوردهای چندانی در این زمینه نداشتند.نور شناسی در سده ی۱۷ بیش از همه ی رشته های فیزیک جز مکانیک پیشرفت کرد.در اوایل سده ی ۱۷ عینک سازان هلندی با آزمایش و روی هم نهادن عدسی ها سرانجام به اصول تلسکوپ و میکروسکوپ پی بردند.در دوران شکوفایی تمدن اسلامی چند تن از دانشمندان به پژوهش درباره ی نور پرداختند که مشهورترین آنان ابو علی حسن بن الحسن بن الهیثم بصری (۳۵۴-۴۳۰ه ق)مشهور به ابن هیثم، ریاضیدان،طبیب وفیزیکدان بصره ای است.ابن هیثم در بصره متولد شد و در همان جا به تحصیل علوم ریاضی و طبیعی پرداخت ودر رشته ی نور شناسی به مقام استادی رسید.

علاقه ی ابن هیثم به فنون مختلف و مهارت در ساختن و به کار بردن ابزار مکانیکی او را به شهرت رسانیدبه طوریکه خلفای فاطمی او را به مصر دعوت کردند تا با ارائه روش های فنی از طغیان هر ساله رود نیل که موجب ضررهای بسیار میشد جلوگیری کند.

تعداد آثار باقیمانده از ابن هیثم در فیزیک،نجوم وریاضیات بالغ بر دویست تالیف بوده است و علاوه بر تالیف های شخصی شرح هایی بر کتاب های ارسطو و جالینوس نوشته است.ابن هیثم در مهمترین کتابش در مورد نور شناسی،درکتاب المناظر ،پدیده های شکست ،بازتابش نور،سرعت نور در محیط های شفاف متفاوت ،اتاق تاریک و نیز رنگین کمان را مورد مطالعه قرار داده است.ابن هیثم در مورد آینه های سوزان مدور نوشته است:«اشعه ی خورشید ،به خط مستقیم پیش می آیندو بر هر سطح صیقلی به زاویه های مساوی انعکاس پیدا می کنند ،یعنی شعاع های تابش وانعکاس با خطی که در نقطه ی تابش بر سطح منعکس کننده مماس شده و درسطح انعکاس باشد،زاویه های مساوی می سازند».

شکست نور ونتایج حاصل از آن

 

یوهانس کپلر (۱۵۷۱-۱۶۳۰م)منجم وریاضیدان آلمانی ومؤسس واقعی علم نجوم تلاش زیادی برای پیدا کردن قوانین شکست نور انجام داد ولی چندان موفقیتی به دست نیاورد.رنه دکارت(۱۵۹۶-۱۶۵۰م)فیلسوف ،ریاضیدان و عالم فرانسوی در این مورد به کوشش هایی دست زد.دکارت با کشف قانون صحیح شکست نور،هلندی ها را به ساختن عدسی هایی با کیفیت های عالی توانا ساخت.

دکتر ابوالقاسم قلمسیاه درباره ی نظرات رنه دکارت راجع به قانون های شکست نور می نویسد:

«….[دانشمندان]،شکست نور را از مدت ها پیش می شناختند و تلاش زیادی برای پیدا کردن قوانین آن به عمل آمده بود ولی همیشه نا موفق بودند.الحسن دانشمند فیزیکدان اسلامی هم آزمایشهای نسبتأ دقیقی در این زمینه انجام دادو کار اندازه گیری را تا زاویه تابش ۱۸۰ درجه ادامه داد ونسبت بین زاویه های فرود و شکست را حساب کرد.کپلر نیز به این کار راغب شد،ولی هیچکدام نتوانستند رابطه ی مشخصی را بدست آورند.سرانجام دکارت در سال ۱۶۱۷م. قانون شکست نور(sini=nsinr )را که در کشور فرانسه به نام خود او معروف شد بیان کرد،او نور را متشکل از ذرات ریزی در نظر گرفت که در محیط چگالتر تندتر از هوا حرکت می کنند.ولی پیردوفرما (۱۶۰۱-۱۶۶۵م.)ریاضیدان فرانسوی ،این نظریه را مورد انتقاد قرار داد:فرما قانون را پذیرفت ولی توجیه آن را رد کرد(خیلی جالبه !…..)در مقابل،اصل مهمی را بیان کرد که به نام خود او اصل فرما نامیده می شود،و طبق این اصل، نور برای رفتن از یک نقطه به نقطه دیگر همواره مسیری را می پیماید که زمان آن مینیمم است.قانون شکست از این اصل با این شرط نتیجه گرفته شدکه نور برعکس نظریه دکارت،هوا را تندتر از آب سیر می کند.این اختلاف نظر بین دکارت وفرما نزاع سختی به وجود آوردو هر یک از آنان به شدت از نظریه خود دفاع می کردند.مردم می بایستی منتظر فرا رسیدن قرن نوزدهم میلادی می بودند تا با دادن حق به فرما به این اختلاف نظر خاتمه داده شود.

به هر صورت،دکارت به کمک قانونش توانست به درستی پدیده ی رنگین کمان را با تعقیب مسیر واقعی پرتوهای نور درون قطره های آب معلق در هوا تشریح کند.در آن زمان هنوز حساب دیفرانسیل طرح نشده بود .او روش شجاعانه ای بکار برد:از این قرار که ده هزار پرتو نور موازی که بطور منظم درجه بندی شده بودند روی یک قطره ی کروی تاباند و با تعقیب هر یک ازآنها همه ی زوایای خروجی را حساب کرد و پی برد که پرتوهای ورودی به ازای زاویه ۳۰و۴۱ در دانه باران انبار می شوند ودر نتیجه شکل و مقطع رنگین کمان اول را توضیح داد و همین کار را برای رنگین کمان دوم نیز کرد.این نتایج توسط نیوتن کامل شد و او تجزیه نور را تشریح کرد.

قانون شکست نور کم کم این امکان را به وجود آورد که طرز کار عدسی ها و در نتیجه اسباب های اپتیکی عدسی دار و همچنین اعمال چشم مورد دقت قرارگیرند.پدیده های رؤیت بهتر درک شدند.کپلر اطمینان حاصل کرد که قاعدتأ از یک شئ تصویری معکوس بر روی پرده شبکیه تشکیل می شود.این فکر توسط شینر به اثبات رسید،به این طریق که وی چشم گاو را گرفت و پوسته روی آن را تا شبکیه برداشت و آن را به طرف نور چرخاند و دید که تصویری واضح و معکوس تشکیل می شود .همین محقق پی بردکه تطابق با فاصله،در اثر تغییر تحدب عدسی چشم صورت می گیرد.ماریوت(۱۶۲۰-۱۶۸۴م.)نیز کشف کرد که محل ورود عصب بینایی یک نقطه کور است.

در نیمه قرن هفدهم میلادی تصور می رفت که همه چیز درباره ی شکست نور گفته شده است.ولی در سال۱۶۶۹م.یک نفر دانمارکی به نام پارتولین موضوع تازه ای را کشف کرد:وی ضمن امتحان یک بلور اسپات دیسلند،که توسط خریداران آن به کپنهاگ باز آورده شده بود،مشاهده کرد که از پشت آن تمام اشیاء مضاعف دیده می شوند.پدیده شکست مضاعف ،مورد سوال دانشمندان قرار گرفت و آنان را سخت مشغول داشت  ولی تا قرن نوزدهم بدون جواب ماند».

از جمله تحقیقاتی که در زمینه ی فیزیک نور در آغاز قرن نوزدهم میلادی صورت پذیرفت پژوهشی بود که در سال ۱۸۰۲م. توسط ویلیام هرشل(۱۷۳۸-۱۸۲۲م.)انجام گرفت.هرشل مطالعات خود را بر روی طیف نوری امواج الکترومغناطیس انجام داد.البته این در حالی بود که او از ماهیت امواج الکترومغناطیس آگاهی نداشت و صرفأ تحقیق خود را بر روی نور خورشید که خود نوعی از امواج طیف نوری الکترومغناطیس  می باشد متمرکز نمود.ولی مشاهدات خود را در زمینه ی تولید حرارت نور خورشید که ناشی از بخش مادون قرمز آن است انجام داد. مقارن همین اوقات دو دانشمند دیگر به نام های یوهان ویلهلم ریتر(۱۷۷۶-۱۸۱۰م.)وبعد از او ولستن(۱۷۶۶-۱۸۲۸م.)تحقیقاتی در زمینه ی اثرات شیمیایی بخش ماوراء بنفش  نور خورشید انجام دادند.آنان دریافتند که اثر شیمیایی نور(مثلا سیاه کردن کلرور نقره)تا ناحیه ی فرابنفش ادامه دارد.

ماهیت نور

در سده ی ۱۷ سه فرضیه رواج داشت:ذره ای ،طولی و عرضی. هر سه فرضیه روح مکانیکی آن عصر را باز می تافتند؛زیرا هر سه ی آنها نور را به اعتبار ماده و حرکت تفسیر می کردند.

نظریه موجی نور:        این نظریه نخست در سال ۱۶۶۵م.توسط رابرت هوک فیزیکدان انگلیسی مطرح شد و دو سال بعد کریستیان هویگنس هلندی آن را به صورت کامل تری بیان کرد.در سال ۱۸۷۳م.ماکسول ثابت کرد که نور از جنس امواج الکترومغناطیسی با طول موج کوتاه است.

نظریه ذره ای نور:        آیزاک نیوتن فیزیکدان،ریاضیدان وفیلسوف انگلیسی طرفدار نظریه ذره ای نور بود.اما این نظریه در سال ۱۸۰۱م.از اعتبار افتاد زیرا که تامس یانگ فیزیکدان و پزشک انگلیسی با آزمایش های خود اعتبار نظریه موجی را بیشتر کردو نظریه ذره ای را عقب راند.او با پژوهش پیرامون تداخل(interference) وپراش (diffraction)دلایل تازه ای به سود نظریه موجی بدست آورد. او و هویگنس هم عقیده بودند که امواج نور،طولی است واز نوسان های سریع فشار در اتر پدید می آید.تامس یانگ در نوجوانی زبان های لاتینی،فرانسوی،ایتالیایی حتی عربی و فارسی را فرا گرفت. سپس به تحصیل پزشکی پرداخت.یانگ در ضمن تحصیل پزشکی مطالعاتی روی چشم مخصوصا اثر رنگ های قرمز و بنفش بر آن انجام داد.وی در باره ی سازوکار(مکانیسم)صدای انسان نیز مطالعاتی به عمل آورد.

وی بعد متوجه نورشناسی(اپتیک)شد و نشان داد که بسیاری از آزمایش ها ی نیوتن درباره ی نور را می توان با نظریه ی موجی نور به آسانی توجیه کرد.او با آزمایش هایی که انجام داد پدیده تداخل را توضیح داد،ولی درسال ۱۸۰۱م. نظرات خود را به انجمن سلطنتی انگلستان عرضه کرد با بی تفاوتی همکاران خود که به نظریه های پیشین پایبند بودند مواجه شد.یانگ به جای اینکه روی فرضیه ی خود پافشاری کند وآن را به دقت اثبات نماید اپتیک را رها کرد و به مطالعه ی شاخه دیگری از دانش زمان خود پرداخت.(احتمالا یکی از علل روی آوردن یانگ به شاخه های متعدد علم و رها کردن آنها بدون نتیجه گیری عمیق ودقیق ،همین عدم ثبات او در پیگیری کامل موضوع  مورد مطالعه اش بوده است).

یکی دیگر از دانشمندانی که درباره ی نور مطالعاتی انجام داد اتین لوئی مالوس (۱۷۸۸-۱۸۱۲م.)افسر مهندس و فیزیکدان فرانسوی بود.مهمترین کشف وی کشف نور پولاریزه یا نور قطبیده بود این کشف بزرگ در سال ۱۸۰۸م.انجام شد.

کشف بزرگ فرنل

 

یکی از دانشمندان پیشتاز در پژوهش های مربوط به نور اگوستین ژان فرنل (۱۷۸۸-۱۸۲۷م.)فیزیکدان سخت کوش فرانسوی است که با آزمایش هایی که در زمینه تداخل و انکسار مضاعف انجام داد توانست نظریه ی موجی نور را ثابت کند.

فرنل هم نظریه پرداز بود و هم آزمایشگری قابل. وی ابتدا هیچ وسیله ای برای آزمایش نداشت، اما با استفاده از نبوغ خود دو آینه ساخت(آینه هایی که به آینه فرنل معروف می باشند) و از طریق آنها توانست نظریه ی موجی نور را شرح دهد. وی به تدریج وسایل تازه دیگری برای آزمایش های خود ساخت. او با این وسایل جدید  و با کوشش شبانه روزی توانست به مسئله پراش نور و آزمایش روی آن و شرح این پدیده بر اساس همان نظریه موجی نور بپردازد. فرنل برای توجیه این پدیده چنین فرض کرد که ارتعاشات امواج نور در راستای انتشار آنها صورت نمی گیرند بلکه عمود بر راستای انتشارند، به عبارت دیگر،ارتعاشات نوری عرضی هستند نه طولی.

فرنل توانست از یک طرف نظریه کاملی بر پایه محاسبات ریاضی وضع کند و از طرف دیگر آزمایش هایی بسیار عالی طرح ریزی نماید که مبین نتایج پیشگویی شده به وسیله نظریه ،حتی در مواردی که متناقض به نظر می رسیدند،باشند.نظریه او به سرعت در سطح جهانی پذیرفته شد.

به نظریه فرنل اشکالاتی نیز وارد بود. در واقع نظریه او در توجیه بعضی ازپدیده ها ناکار آمد بود. اما از آنجایی که این نظریه در زمان فرنل در توجیه بسیاری از پدیده ها ی نوری موفق بود لذا دانشمندان معاصر او این نظریه را به عنوان مرجع اصلی در توجیه پدهده های نوری قرار دادند.

   

اندازه گیری سرعت نور

 

در زمینه اندازه گیری سرعت نور دو فیزیکدان فرانسوی نقش مهمی داشتند.این دو تن ژان برنارلئون فوکو(۱۸۱۹-۱۸۶۸م.)و لویی فیزو(۱۸۱۹-۱۸۹۶م.)نام داشتند. آنان ابتدا با هم کار می کردند ولی پس از مدتی از هم جدا شدند. این جدایی موفقیت هر دوی آنها را به تاخیر انداخت. فیزو قبل از فوکو در این اندازه گیری موفق شد. او با روش چرخ دندانه دارش زمان رفت و برگشت نور را در یک فاصله ی  هشت کیلومتری که کمتر از ده میلیونیم ثانیه بود اندازه گرفت و سرعت انتشار نور را ۳۱۵۳۰۰کیلومتر در ثانیه به دست آورد.

یک سال بعد، فوکو  روش آینه چرخان را ، که بسیار دقیق تر بود ، ابداع کرد. این روش امکان میداد که زمان رفت وبرگشت نور را در فاصله  چند متری اندازه بگیرند. فوکو با این روش سرعت نور را ۲۹۸۱۸۷کیلومتر بر ثانیه بدست آورد که نسبتا دقیق تر بود.(امروزه سرعت نور  مورد قبولc=299792.458 کیلومتر بر ثانیه برآورد شده است).

علاوه بر این ،روش فوکو امکان اندازه گیری در فواصل بسیار کوتاه را داشت و می توانست سرعت نور را در محیط های دیگر اندازه گیری کند.

از ۱۸۳۰م. ماسدونیو ملونی به کمک پیل گرما-برقی (ترمو الکتریک)که خود مخترع آن بود،به تحقیقات طولانی روی پرتوهای فروسرخ(زیرقرمز)پرداخت؛او نشان داد که بازتابش و شکست این پرتوها درست مانند نور معمولی است و نتیجه گرفت که آنها پرتوهای نامرئی نور هستند.به موازات این تحقیقات،کارهایی نیز روی پرتوهای فرابنفش انجام گرفت و سبب شد که این پرتوها نیز به عنوان نور نامرئی شناخته شوند.

این پژوهش ها تاثیر فوق العاده ای بر کشفیات شاخه دیگری از علم فیزیک ،یعنی اختر فیزیک داشت.درواقع تجزیه و تحلیل طیفی سرآغاز پیشرفت های عظیم در نجوم بود.در میان ابهاماتی که بر نخستین اکتشافات سایه افکنده بودند یکی از آنها مدت طولانی بی پاسخ ماند و آن وجود خطوط تاریک در طیف خورشید بود.حل مسئله به صورت مطلوب توسط دو دانشمند آلمانی :گوستاو روبرت ویلهلم کیرشهف(۱۸۲۴-۱۸۸۷م.)و روبرت ویلهلم بونزن(۱۸۱۱-۱۸۹۹م.)صورت گرفت که همکاری طولانی و تنگاتنگ داشتند. آنان برای این منظور از طیفنما(اسپکتروسکوپ)که توسط کیرشهف اختراع شد،و از یک مشعل خاص که سازنده آن بونزن بود (مشعل بونزن) استفاده کردند . آنان صریحا اعلام نمودند که هر جسم ساده (عنصر) دارای خطوط طیفی مشخص مخصوص به خود می باشد که بستگی به طریقه بررسی آن جسم ندارد.بدین وسیله طریقه ی آسانی برای تجزیه و تحلیل یک جسم از راه مطالعه ی دقیق خطوط تاریکی که در طیف جذبی اجسام تشکیل می شد در ۱۸۶۰ کشف کردند که یک عنصر دقیقا همان پرتوهایی را جذب می کند که می تواند آنها را گسیل دارد..این پدیده مهم وجود خطوط تاریک در طیف خورشید را توضیح می داد و ثابت می کرد که جو خورشید از همان عناصری تشکیل شده است که در زمین وجود دارند.

بدین ترتیب آنالیز طیفی به ظهور رسید؛فیزیک،کاربرد جدیدی در شیمی پیدا کرد و آن کشف عناصر جدید از راه مطالعه دقیق خطوط طیفی آنها بود:در۱۸۶۰م. بونزن و کیرشهف نمک طعام ناحیه استاسفورت (نام منطقه ای در کشور آلمان)را مورد آزمایش قرار دادندوخطوط  ناشناخته ای را در طیف حاصل از آن کشف کردند؛در نتیجه به وجود اجسام ناشناخته ای در این نمک پی بردند وپس از عمل جداسازی طولانی ،دو عنصر روبیدیم وسزیوم را از آن اخراج کردند . شیمیدانان دیگر ،روش موثر آنان را تعقیب نمودند ؛از جمله سرویلیام کروکس فیزیکدان وشیمیدان انگلیسی(۱۸۳۲-۱۹۱۹م.)عنصر تالیوم را در ۱۸۶۲ کشف کرد؛عنصر ایندیوم در ۱۸۶۴م. توسط رایش و ریشتر آلمانی و عنصر گالیوم در ۱۸۷۶م. توسط لوکوک _دو_بوآبودران فرانسوی کشف شد.

ستاره شناسان نیز از این روش استقبال کردند؛ با استفاده از طیفنما در وسایل کار خود ، توانستند طیف های ستارگان مختلف را مورد بررسی قرار دهند و ترکیب شیمیایی آنها را ، که نیم قرن پیش حتی تصور آن را نمی کردند و افسانه بود،پیدا کنند.

در۱۸۶۸ سر جوزف نورمن لاکیر منجم انگلیسی (۱۸۳۶-۱۹۲۰م.)(که از پیشروان تحقیق طیفی در ستارگان است)و ژول ژانسن منجم و فیزیکدان فرانسوی (۱۸۲۴-۱۹۰۷م.)(که ماموریت های علمی متعددی از جمله تعیین استوای مغناطیسی در کشور پرو و مطالعه در مغناطسی زمین در جزایر آسور انجام داد و رصدخانهای در مونمارتر تاسیس کرد)همزمان خطوط طیفی غیر منتظره ای در طیف خورشید مشاهده کردند و به وجود عنصر ناشناسی در اطراف خورشید پی بردند که هلیوم نامیده شد؛این نتیجه در ۱۸۹۵م.توسط سرویلیام رمزی شیمیدان اسکاتلندی (۱۸۵۲-۱۹۱۶م.)که هلیوم را کشف کرد،مورد تایید قرار گرفت.

علاوه بر اینها، به کمک طیفنمایی سرعت حرکت ستارگان نسبت به زمین معین شد: کریستیان یوهان دوپلر (۱۸۰۳-۱۸۵۳م.)،فیزیکدان و ریاضیدان اتریشی در سال ۱۸۴۲ اصلی را بیان کرد که به موجب آن ارتفاع صوتی که به گوش یک شنونده می رسد در نتیجه حرکت نسبی شنونده و منبع تولید صوت تغییر می کند (اثر دوپلر)؛در۱۸۴۸فیزو این اصل را در مورد امواج نور تعمیم داد،از همین رو اصل تعمیم یافته ی دوپلر را اصل دوپلر-فیزو نیز می نامند.تغییر بسامد(فرکانس)نوری که از ستارگان به زمین می رسد به جابجایی جزئی خطوط طیفی آنها و در نتیجه تغییر طول موج مربوط به این خطوط تعبیر می شود که منجر به اندازه گیری سرعت حرکت ستاره در امتداد شعاع رؤیت آن می گردد.بر این اساس ،در ۱۸۶۸م. برای نخستین بار سرعت حرکت یک ستاره اندازه گرفته شد.

نظریه ی کوانتومی نور که فرض می کندنور متشکل از جریان ذرات بسیار کوچک یا کوانتومها است در ۱۹۰۰توسط ماکس پلانک پیشنهاد شد تا حقایقی جدید را توضیح دهدو لذا آغازگرانقلابی جالب شدکه فیزیک قرن نوزدهم را به کلی دگرگون کرد.

اما این سؤال همچنان باقی ماند که آیا نور را باید به عنوان ذرات توصیف کرد یا امواج.بعضی خواص-به عنوان مثال تفرق وتداخل- پدیده هایی موجی بودند که می توانستند فقط با امواج همراه باشند.از طرف دیگر، روشی که نور با سیستم های اتمی تعامل دارد پدیده فوتوالکتریک و وجود خطوط طیفی منفصل،بر حسب ذرات قابل توصیف بود.پس ووضعیت های متفاوت مستلزم توصیف های متفاوت و ظاهرا متناقض بود.

با پیشرفت نظریه کوانتوم، ریاضیات تا حدی به نجات آمد.نوشتن معادلاتی امکان پذیر شد که بیانگر بسته های موج هستند،گروه هایی از موج که در فضا محدود شده اند چنان که گویی ذراتی هستند.سپس معادله ی شرودینگر ارائه شد که طبیعت موجی رفتار ماده را توصیف می کرد،وبالاخره معادله ای توسط پال دیراک عرضه شد که تابش الکترومغناطیسی و مکانیک کوانتومی را به شیوه ای فوق العاده دقیق وفق می داد.

دیراک به طور قاطع به توضیح ریاضی اش چسبید،و با دقت از معرفی هر نوع مدل تصویری یا تصویر ذهنی از پدیده های توصیف شده به وسیله ی علائم ریاضی پرهیز کرد؛ او توضیح داد که تصاویر ذهنی را نمی توان بدون وارد کردن کمیات نامربوط تبیین کرد.

تصاویر ذهنی یا مدل های فیزیکی ،علیرغم محدودیت هایشان،بخشی اساسی از شناخت علمی ما را تشکیل می دهند.گرچه دوگانگی نهفته در طبیعت نور پذیرفته می شود،وگرچه نظر معتبری داریم که در چه شرایطی مدل موجی یا ذره ای نور را می توان بکار برد،در سطح توصیف مدل، پارادوکسی که به وسیله ی دو مدل متضاد مطرح می شود باقی می ماند.

 

نظریه ماکسول درباره انتشار نور و بحث می‌‌کند در حالیکه نظریه کوانتومی بر هم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌‌دهد ازآمیختن این دو نظریه ،نظریه جامعی که کوانتومالکترو دینامیکنام دارد،شکل می‌‌گیرد. چون نظریه‌های الکترو مغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است. سرشت نور کاملاً شناخته شده است اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست؟
گسترده طول موجی نور
نور گستره طول موجی وسیعی دارد چون با نور مرئی کار می‌‌کنیم اغلب تصاویر و محاسبات در این ناحیه از گستره الکترومغناطیسی انجام می‌‌گیرد امّا روش‌های مورد بحث می‌‌تواند در تمام ناحیه الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار گیرند. ناحیه نور مرئی بر حسب طول موج از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) گسترده است که در وسط آن طول موج ۵۵۵ نانومتر (نور زرد) که چشم انسان بیشترین حساسیت را نسبت به آن دارد یک ناحیه پیوسته که ناحیه مرئی را در بر می‌‌گیرد و تا فروسرخ دور گسترش می‌‌یابد. خواص نور و نحوه تولید سرعت نور در محیط‌های مختلف متفاوت است که بیشترین آن در خلاء و یا بطور تقریبی در هوا است در داخل ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته است. به‌وسیله کاواک جسم سیاه می‌‌توان تمام ناحیه طول موجی نور را تولید نمود. در طبیعت در طول موج‌های مختلف مشاهده شده امّا مشهورترین آن نور سفید است که یک نور مرکبی از سایر طول موج هاست. تک طول موج‌ها آن را به‌وسیله لامپ‌های تخلیه الکتریکی که معرف طیف‌های اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده می‌‌توان تولید کرد.
ماهیت‌های متفاوت نور

ماهیت ذره‌ای
ایزاک نیوتن در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌‌شوند که این امر را قانون می‌‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است.

ماهیت موجی
هم‌زمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens) (1695-1629)طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی اند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع.

= ماهیت الکترومغناطیس=== ماهیت‌های متفاوت نور

ماهیت ذره‌ای
ایزاک نیوتن در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌‌شوند که این امر را قانون می‌‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است.

ماهیت موجی
هم‌زمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens) (1695-1629)طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی اند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع.

ماهیت‌های متفاوت نور == ماهیت ذره‌ای
ایزاک نیوتن در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌‌شوند که این امر را قانون می‌‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است.

ماهیت موجی
هم‌زمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens) (1695-1629)طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی اند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع.

= ماهیت الکترومغناطیس === ماهیت‌های متفاوت نور

ماهیت ذره‌ای
ایزاک نیوتن در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌‌شوند که این امر را قانون می‌‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است.

ماهیت موجی
هم‌زمان با نیوتن، کریسیتان هویگنس (Christiaan Huygens) (1695-1629)طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌‌شود به خاطر داشته باشید که هویگنس با به کاربردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی اند مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع.

ماهیت الکترومغناطیس
بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (1879-1831) است که ما امروزه می‌‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌‌شود. گسترده کامل امواج الکتروو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش فروسرخ نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما می‌‌باشد.

ماهیت کوانتومی نور
طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام “فوتون” انجام می‌‌گیرد.

بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (1879-1831) است که ما امروزه می‌‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌‌شود. گسترده کامل امواج الکتروو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش فروسرخ نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما می‌‌باشد.

ماهیت کوانتومی نور
طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام “فوتون” انجام می‌‌گیرد ماهیت الکترومغناطیس
بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (1879-1831) است که ما امروزه می‌‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌‌شود. گسترده کامل امواج الکتروو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش فروسرخ نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما می‌‌باشد.

ماهیت کوانتومی نور
طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام “فوتون” انجام می‌‌گیرد.

بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (1879-1831) است که ما امروزه می‌‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌‌شود. گسترده کامل امواج الکتروو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش فروسرخ نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما می‌‌باشد.

ماهیت کوانتومی نور
طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام “فوتون” انجام می‌‌گیرد.

نظریه مکملی
نظریه جدید نور شامل اصولی از تعاریف نیوتون و هویگنس است. بنابرین گفته می‌‌شود که نور خاصیت دو گانه‌ای دارد بر خی از پدیده‌ها مثل تداخل و پراش خاصیت موجی آن را نشان می‌‌دهد و برخی دیکر مانند پدیده فتوالکتریک، پدیده کامپتون و … با خاصیت ذره‌ای نور قابل توضیح هستند.

پرتوهای دیگر
برای این بخش از این مقاله منبعی نیامده‌است. لازم است بر طبق شیوه‌نامهٔ ارجاع به منابع منبعی برای آن ذکر شود.
فروسرخ:پرتو فروسرخ یا مادون قرمز تابشی است الکترومغناطیسی با طول موجی طولانی تر از نور مرئی اما کوتاهتر از تابش ریزموج. از آنجا که سرخ، رنگ نور مرئی با درازترین طول موج را تشکیل می‌دهد به این پرتو، فروسرخ یعنی پایین تر از سرخ می‌گویند.تابش فروسرخ طول موجی میان ۷۰۰ nm و ۱ mm دارد. گاما:با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی است، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولاً اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می‌‌گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد.فروپاشی گاما در فروپاشی گاما، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است:

AZX*——–>AZX + γ

که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست.

حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.

حالتهای فروپاشی گاما نشر اشعه گامای خالص: در این حالت فروپاشی گاما، اشعه گامای منتشر شده به‌وسیله یک هسته از یک فرآیند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولاً از ۲ کیلو الکترون ولت تا ۷ میلیون الکترون ولت است، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه است، ولی این انرژی معمولاً نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد.

حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی: در این حالت فروپاشی، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه، الکترونهای اوژه، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی است. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی است.

با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.

حالت فروپاشی بصورت جفت: برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگ‌تر از ۱٫۰۲ میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرآیند، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود.

انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و ۱٫۰۲ میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرآیند نابود خواهد شد.

منابع:

-         دانشنامه علوم و هنر ،  نویسنده:محمود حکیمی

-         در جستجوی خدا  ،  نویسنده:جان هاتون  ،  مترجم: بتول نجفی

-         تاریخ علم  ،    نویسنده:دمپی یر  ،  مترجم  :عبدالحسین آذرنگ

-         تاریخ و فلسفه علم   ، نویسنده : لویس ویلیام هلزی هال ، مترجم :عبدالحسین آذرنگ

 –        شبکه فیزیک ایران

–         مد شارک

–        تحقیق

 

مطالب مرتبط

  • fatima ۲۶ فروردین ۱۳۹۳ - ۰۹:۵۶ - پاسخ دادن

    با سلام
    ضمن عرض تشکر از مطالب خوبی که ارائه میدید. میخواستم ازتون خواهش کنم که اگر مقاله ای با عنوان و محتوای موج برهای نور در دسترستون هست ، لطفا برای من میل کنید. برای پروژه م که عنوانش هست «بررسی عوامل تضعیف موج برهای نور» خیلی نیاز دارم به این مقاله.ممنون میشم اگر کمکم کنید.
    موفق باشید .

  • دیدگاه شما