نور
license
98
2350
100
معنی کلمه نور
معنی واژه نور
no[w]r
light
|
نور
معنی:
نور مرئی (که معمولا بطور خلاصه نور گویند) تابش الکترومغناطیسی است که به چشم انسان دیگر بینندگان! مرئی و مسئول حس بینایی است. نور مرئی با طول موجی از حدود 380 تا حدود 740 نانومترجای دارد. محدوده نور مرئی بین دو نور نامرئی مادون قرمز ، که در طول موج های بلندتر و نور نامرئی ماوراء بنفش ، که در طول موج های کوتاه تر یافت می شود قرار دارد.
نور یا پرتو (Parto ) دارای تعریف دقیقی نیست، 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 با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام میکنند که تمام پدیدههای نوری را توجیه میکنند.
نظریه ماکسول درباره انتشار نور 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 الکترودینامیک کوانتومی نام 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 شدهاست اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست.
نوشتار اصلی: سرعت نور
سرعت نور در خلاء دقیقا برابر است با ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه (تقریبا ۱۸۶٬۲۸۲ مایل بر ثانیه). چون هم اکنون در دستگاه SI از یکای متر استفاده میشود، سرعت دقیق نور نیز با یکای متر تعریف شد.
در گذشته، فیزیکدانهای بسیاری تلاش کردند تا سرعت نور را بدست آورند که از میان آنان میتوان به گالیله اشاره کرد که در قرن ۱۷ میلادی تلاش کرد تا سرعت نور را بدست آورد. همچنین اوله رومر، فیزیکدان دانمارکی در سال ۱۶۷۶ آزمایشی طراحی کرد تا با کمک یک تلسکوپ بتواند سرعت نور را اندازه بگیرد. وی گردش مشتری و یکی از ماههای آن آیو، را زیر نظر گرفت. او محاسبه کرد که ۲۲ دقیقه طول میکشد تا نور قطر مدار زمین را بپیماید. شور بختانه در آن زمان دادهها کافی نبود؛ اگر رومه قطر مدار زمین را داشت، سرعتی که برای نور میتوانست بدست آورد ۲۲۷٬۰۰۰٬۰۰۰ متر بر ثانیه بود.
اندازهگیری دقیقتری که برای بدست آوردن سرعت نور انجام شد در سال ۱۸۴۹ از سوی هیپولیت فیزو (به فرانسوی: Hippolyte Fizeau) بود. او پرتوهایی از نور را به سمت آینهای که کیلومترها دورتر بود هدایت کرد. یک چرخدندهٔ در حال گردش نیز در مسیر نور در فاصلهٔ میان منبع تا آینه و مسیر برگشت تا نقطهٔ مبدا قرار داد. او دریافت که با یک نرخ مشخص گردش، نور میتواند در مسیر رفت از میان یکی از فضاهای خالی روی چرخ رد شود و در برگشت از فضای خالی بعدی (سوراخهای متوالی) عبور کند. با داشتن فاصلهٔ آینه، تعداد دندانههای چرخ و نرخ گردش آن، او توانست سرعت نور را ۳۱۳٬۰۰۰٬۰۰۰ متر بر ثانیه بدست آورد.
در ۱۸۶۲ لئون فوکولت (Léon Foucault) با استفاده از آینههای در حال چرخش سرعت نور را ۲۹۸٬۰۰۰٬۰۰۰ m/s بدست آورد. آلبرت آبراهام مایکلسون از ۱۸۷۷ تا زمان مرگش ۱۹۳۱ آزمایشهای بسیاری را برای بدست آوردن سرعت نور طراحی کرد. او بر روی آزمایشهای فوکولت بیشتر کار کرد و روش آینههای در گردش را پیش بُرد و تلاش کرد مدتی را که طول میکشد تا نور مسیر رفت و برگشت میان کوه ویلسون تا کوه سن آنتونیو در کالیفرنیا را بپیماید بدست آورد. مقدار دقیق سرعت نور ۲۹۹٬۷۹۶٬۰۰۰ متر بر ثانیه است.
گستره طول موجی نور
نور گستره طول موجی وسیعی دارد. ناحیه نور مرئی از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) 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 وابستهاست. 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. برخی دیگر از دانشمندان نیز اظهار داشتهاند که نوز از ذرات در ارتعاش شدید تشکیل یافتهاست. نیوتن معتقد بود نور از درون واسطهای به نام اتر گذر میکند که غیر مادّی است و دیده نمیشود. بر اساس نظریه اتر، فضا آکنده است از این واسطه. هم اکنون این نظریه باطل شده است و معتبر نمیباشد.
ماهیت موجی
همزمان با نیوتن، کریستیان هویگنس (Christiaan Huygens) (۱۶۹۵-۱۶۲۹)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 (توضیح بیشتر در آزمایش دوشکاف).
ماهیت الکترومغناطیس
بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (۱۸۷۹-۱۸۳۱) 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. E=hν که در آن ν بسامد وEانرژی است
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
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.
جستارهای دیگر
سرعت موج
اتر
منابع
دانشنامه رشد.
سگل، موکول، آشنایی با نور و لیزر، ترجمه پریچهر همایونروز، تهران، ذکر، کتابهای قاصدک، ۱۳۷۶.
↑ Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light. Statistical Science 2000, Vol. ۱۵, No. ۳, ۲۵۴–۲۷۸
↑ Science Team Shows Light Is Made Of Particles And Waves
پیوند به بیرون
در ویکیانبار پروندههایی دربارهٔ نور موجود است.
معنای واژهٔ «نور» را در ویکیواژه ببینید.
ردههای صفحه: نور
از ویکی پدیا
قس عربی
الضوء أو الضوء المرئی هو إشعاع کهرومغناطیسی مرئی للعین البشریة، ومسؤول عن حاسة الابصار. للضو المرئی طول موجی یقع بین نحو 740 نانومتر (الضوء الأحمر) و380 نانومتر (الضوء البنفسجی) مع تردد یقع بین نحو 790 تیرا هیرتز و 405 تیرا هیرتز، والعین تستطیع رؤیة الأجسام غیر الشفافة من خلال انعکاس الضوء علیها، یشیر مصطلح الضوء عادة إلى الاشعاع الکهرومغناطیسی بأی طول موجی سواء کان مرئیا أو لا. کلمة الضوء تطلق على هذا الحیز الوسطی من طیف الإشعاع الکهرومغناطیسی الذی یمتد من الموجات الرادیویة (أو موجات الرادیو) المستعملة فی إرسال الرادیو بطول موجة بین السنتیمتر وعدة کیلومترات، ویمتد من الناحیة الأخرى للأشعة تحت الحمراء ثم إلى الطیف المرئی ثم إلى الأشعة الفوق بنفسجیة، إلى الأشعة السینیة، ثم إلى أشعة جاما التی تصدر من أنویة الذرات ولها طاقات عالیة تُقاس بالملیون إلکترون فولت MeV ودرجة نفاذ عالیة. الخصائص الأساسیة للضوء هی الشدة، اتجاه الانتشار، التردد أو الطول الموجی للطیف، والاستقطاب، فی حین أن سرعة الضوء فی الفراغ، 299,792,458 م/ث (حوالی 300,000 کم/ث)، هی واحدة من الثوابت الأساسیة فی الطبیعة. یعرض الضوء الذی یشع ویمتص فی هیئة حزم صغیرة تدعى الفوتونات کلا من خصائص الموجات والجزیئات. یشار إالى هذه الخاصیة بالازدواجیة الموجیة الجزیئیة. تعد دراسة الضوء، والمعروفة بعلم البصریات، مجال بحث ذوأهمیة فی الفیزیاء الحدیثة.
محتویات
1 سرعة الضوء
2 انکسار الضوء
2.1 التداخل
2.2 الفتحة المزدوجة
2.3 الفتحة الفردیة
3 تاریخ
4 الطیف المرئی
5 طبیعة الضوء وانتشاره
6 المفعول الکهروضوئی
7 المنابع الضوئیة
8 نظریات
8.1 نظریة الدقائق لنیوتن
8.2 نظریة ماکسویل للموجات الکهرومغناطیسیة
8.3 نظریة اینشتاین للفوتون
8.4 النظریة الموجیة الکمیة
9 المراجع
10 اقرأ أیضا
سرعة الضوء
عرفت سرعة الضوء بالفراغ بکونها تساوی بالضبط 299,792,458 م/ث (تقریباً 186,282 میل/ث). نتجت السرعة الثابتة للضوء فی نظام الوحدات الدولی من حقیقة أن المتر أصبح یعرف الآن على أنه المسافة التی یقطعها الضوء خلال زمن قدره 1/299,792,458 ثانیة. عبر التاریخ حاول الکثیر من الفیزیائیین قیاس سرعة الضوء ومن ضمنهم جالیلیو فی القرن السابع عشر. أجریت إحدى التجارب المبکرة لقیاس سرعة الضوء بواسطة الفیزیائی الدنمارکی أوول رومو فی العام 1676 م. باستخدام المقراب، رصد رومر المشتری وأحد أقماره، إیو. ملاحظاً تناقضاَ فی فترة الظهور لمدار إیو، تمکن رومر من حساب أن الضوء یلزمه 22 دقیقة لاجتیاز قطر مدار الأرض. لسوء الحظ لم تکن قیمة قطر مدار الأرض معروفة فی ذلک الوقت، ولو علم رومر قیمة قطر مدار الأرض لتوصل إلى سرعة للضوء تساوی 227,000,000 م/ث. أجریت فی أوروبا تجربة أخرى أکثر دقة لقیاس سرعة الضوء على ید هیبولیت فیزو فی العام 1849 م. حیث وجه فیزو حزمة من الضوء إلى مرآة تبعد عدة کیلومترات. بوضع ترس دوار فی مسار سفر الضوء من المصدر إلى المرآة وبالعکس وجد فیزو عند معدل دوران محدد بأن الضوء سیعبر خلال إحدى فجوات الترس فی طریقه إلى المرآة وسیعبر فی الفجوة القادمة على الترس فی طریق العودة إلى المصدر. بمعرفة المسافة إلى المرآة، عدد أسنان الترس، ومعدل الدوران، تمکن فیزو من حساب سرعة للضوء تساوی 313,000,000 م/ث. أجرى لیون فوکو تجربة باستخدام مرایا دوارة لتحدد سرعة للضوء تساوی 298,000,000 م/ث فی العام 1862 م. أجرى ألبرت میکلسون تجارب لقیاس سرعة الضوء خلال الفترة بین عام 1877 م وحتى وفاته عام 1931 م. حیث کرر طریقة فوکو باستخدام مرایا دوارة مطورة لقیاس الزمن اللازم للضوء لاتمام رحلة ذهاب وعودة من ماونت ویلسون إلى ماونت سان انطونیو فی کالیفورنیا. أسفرت القیاسات الدقیقة عن سرعة للضوء تساوی 299,796,000 م/ث.
انکسار الضوء
الضوء هو موجة عرضیة کهرومغناطیسیة. ویعد الانعکاس وانکسار الضوء وانحرافه، والتضارب أهم ظاهرة یتم ملاحظتها عن طریق الموجات. وتتحرک الموجة المیکانیکیة المتکررة التی تعتبر بمثابة اضطراب أو تشویش متکرر من خلال موجة متوسطة. وتتحرک الموجة المتوسطة فی أی مکان. کما تتقلب الذرات الفردیة والجزیئات فی موضعهم المتوازن، حیث لم یتغیر موضعهم المتوسط. کما تنقل هذه الذرات الفردیة والجزیئات بعض من طاقتهم لجیرانهم عند التفاعل معهم. وفی المقابل تنقل الذرات المجاورة طاقتها للذرات الاخری التی تجاورهم أسفل الخط.وبذلک یتم نقل الطاقة بهذه الطریقة من خلال الموجات المتوسطة، دون نقل أی مواد أخرى. وبالتالی، تعتبر کل نقطة علی واجهة الموجة هی مصدر النقاط التی تعمل علی إنتاج موجات جدیدة. وفی الثلاث أبعاد، تعتبر هذه الموجات الجدیدة موجات کرویة حیث تسمی (بالمویجات) التی تنتشر نحو الخارج بسرعة الموجات الموجودة فی محیط الموجات المتوسطة. کما تنبعث المویجات عن طریق النقاط الموجودة علی واجهة الموجة حیث تتداخل مع کل مویجة(تصغیر موجة) لتنتج الموجة المهاجرة أو المغادرة. وتسمی هذه القاعدة (بقاعدة هیجیین). وتقوم هذه القاعدة بالتحکم فی الموجات الکهرومغناطیسیة. وعندما نتعرض لدراسة انتشار الضوء، فإننا نحل أی واجهة موجیه محل مزیج من المصادر التی تم اضطرابها اعلی الواجهة الموحیة، حیث یشع الضوء فی هذه المرحلة نقطة علی صدر الموجة واجهة الموجة الأصلیة واجهة الموجة الجدیدة. وتمثل واجهة الموجة الموجودة علی الناحیة الأخرى من الفتحة صدر الموجة الموضح بالأسفل، وذلک عندما یمر الضوء من خلال الفتحة الصغیرة، حیث یتماثل حجم الفتحة مع طول الموجة الضوئیة. وینتشر الضوء علی حدود الحائل أو العارض. ویعتبر هذا العارض هو ظاهرة انحراف الضوء.
التداخل
هوتهاجر موجتان أو أکثر فی محیط الموجة المتوسطة بصورة مستقلة، کما تمر الموجات بعضهم من بعض. ونلاحظ اضطراب بسیط فی بعض المناطق حیث تتداخل الموجات مع بعضها. وعندما تتداخل موجتان أو أکثر بعضها مع بعض، فان الإزاحة الناتجة تعد متساویة مع عملیات العزل الفردیة. فإذا تداخلت الموجتان مع بعضهم لبعض بمقدار سعات متساویة, بمعنی أن، إذا واجهت قمة الموجة اعلی القمة وإذا قابل جوف الموجة جوف الموجة الأخر, فإننا سنلاحظ علی التو الموجة الناتجة عن هذا التداخل بمقدار سعتین. کما أنة لدینا تداخل استدلالی.وإذا کانت الموجتان المتدخلتان خارج المرحلة بشکل کامل، بمعنی أنة، إذا واجهت قمة الموجة جوفها، فان الموجتان سیقومان بإلغاء کل موجة تعتبر خارج المرحلة بشکل کلی. ولذلک فإننا لدینا تداخل مدمر ومهلک.
الفتحة المزدوجة
وإذا کان الضوء ساقطا علی العارض الذی یشتمل علی فتحتان صغیرتان جدا، فان المویجات الصادرة من کل فتحة ستقوم بالتداخل وراء الحائل. کما أنة إذا سمحنا بسقوط الضوء علی الشاشة التی تقع وراء العارض، فإننا سنلاحظ نوعا من الخطوط اللامعة وأیضا المظلمة. کما یعرف هذا النوع من الخطوط اللامعة والمظلمة بالنمط الهامشی. بینما تشیر الخطوط اللامعة والساطعة للتداخل البناء والاستدلالی، فان الخطوط المظلمة والداکنة تشیر إلی التضارب المدمر والهدام. الشکل(فتحات – شاقة)
الفتحة الفردیة
وعندما یمر الضوء من خلال الفتحة الفردیة الذی یبلغ عرضها بنفس طول الموجة الضوئیة، فإننا سنلاحظ انحراف ضوئی فی الفتحة الفردیة التی یمر الضوء من خلالها. وتخبرنا قاعدة (هیجیین) بأننا من الممکن أن نعتبر کل جزء من الفتحة هو فتحة یصدر منها الموجات. وتتداخل هذه الموجات بعضها مع بعض لإنتاج نموذج من انحراف الضوء أو انکساره. وربما یحدث تضارب مدمر عندما یغادر الضوء الفتحة فی اتجاه معین، ویحدث هذا التضارب بین الأشعة اعلی حافة الفتحة (شعاع رقم 1), وبین الأشعة الوسطى(الأشعة رقم 5). وإذا تضارب هذان الشعاعان بشکل مدمر، فتتداخل أیضا الأشعة الثانیة والسادسة، والثالثة، والسابعة، والرابعة، والثامنة مع بعض. وعلاوة على ذلک، فان الضوء الصادر من وسط الفتحة یتضارب بعضه مع بعض بشکل مدمر، ویقوم بإلغاء الضوء المنبثق من النصف الأخر من الفتحة. ویتوسط الشعاع الأول والخامس طول الموجة خارج المرحلة وذلک إذا کان ینبغی أن یغادر الشعاع الخامس بدلا من الشعاع الأول نصف طول الموجة
کما نحتاج لتضارب مدمر لإنتاج أول هامش مظلم. وبالإضافة إلی ذلک یتم إنتاج الهوامش المظلمة الاخری فی نوعا من الانحراف أو الانکسار الضوئی وذلک عن طریق الفتحة الفردیة حیث توجد تلک الهوامش المظلمة علی زوایا θ
وإذا تم عرض نوع التدخل والتضارب علی شاشة ذات مسافة (L) من هذه الفتحات، فأنة من الممکن إیجاد طول الموجة من خلال مسافات الهوامش المظلمة.
تاریخ
شکل اهتمام نیوتن بالمیکانیکا دافعًا شدیدًا لتفسیر ترکیبة الضوء على أساس میکانیکی بحت. فقد افترض نیوتن أن الضوء عبارة عن جسیمات صغیرة تسیر وفق خطوط مستقیمة ما لم یعترضها مانع ما. من الناحیة التجریبیة فقد کانت خواص الضوء، کالانعکاس على سطح مصقول والانکسار على سطح الماء معروفة فی ذلک الوقت لذا کان على نیوتن إعطاء تفسیر لهذه الظواهر على أساس نظریته الجسیمیة. وحسب نیوتن فإن انعکاس الضوء على السطوح المصقولة بحیث تکون زاویة الانعکاس تساوی زاویة السقوط سببه التصادم المرن لهذه الجسیمات وارتدادها بنفس کمیة الحرکة. أما انکسار الأشعة الضوئیة، فقد فسره باختلاف القوى المؤثرة على الجسیم فی کلا الوسطین. لقد لاقت أفکار نیوتن نجاحًا فی أول الأمر لکن سرعان ما اکتشفت ظواهر جدیدة تناقض هذه الأفکار، لعل أهمها یتلخص فی ظاهرة حیود الضوء. حیث إذا ما سلطنا منبع ضوئی على حاجز به ثقب فالملاحظ على شاشة وراء هذا الحاجز ظهور بقعة ضوئیة أعرض من الثقب ویزداد حجمها کلما ابتعدنا عن الثقب. هذا یتعارض کلیة مع قوانین نیوتن للحرکة. فإذا افترضنا أن الضوء عبارة عن جسیمات تسیر فی خط مستقیم فإن ذلک یعنی أن حجم البقعة الضوئیة سیساوی حجم الثقب لأن الحاجز سوف یمنع الجسیمات التی لم تمر عبر الثقب من العبور. هذا دفع هوغنس إلى نتیجة أن الضوء عبارة فی الحقیقة عن أمواج تنتشر فی الفضاء بحیث تصبح کل نقطة من صدر الموجة بدورها منبع لموجة أخرى. ثم جاء اکتشاف آخر لیدعم فرضیة الطبیعة الموجیة للضوء، ألا وهو ظاهرة التداخل فی تجربة شقی یونغ، حیث تسلط حزمة ضوئیة على حاجز به شقین عرضهما بضع مللیمترات والمسافة بینهما بضعة سنتیمترات، ووضعت شاشة مشاهدة للأشعة خلف الحاجز. وکانت نتیجة التجربة مذهلة فقد لوحظ على الشاشة مساحات عدیدة مضیئة مستطیلة مثل الشقین وأخرى مظلمة بحیث یکون ظهورها متناوبا ،أی مضیئ مظلم مضیئ مظلم وهکذا. أثر الظاهرة کان أوضح کلما کان حجم الشقین أصغر ویختفی تماما إذا ما زاد حجمهما عن بضع عشرات من الملیمترات. وکان هذا دلیلا على الطبیعة الموجیة للضوء.
الطیف المرئی
مقال تفصیلی :طیف مرئی
یمکن تعریف هذا المدى من طیف الموجات الکهرومغناطیسیة بإنه ذلک الطیف الذی یمکن أن یؤثر فی العین فتحس بالرؤیة، ویبدأ طیف الضوء المرئی عند اللون البنفسجی وینتهی عند اللون الأحمر. ونظرًا لأن حساسیة العین تختلف باختلاف طول موجة الأشعة الضوئیة المستقبلة فهی قادرة على التمییز بین الألوان المختلفة. وتکون حساسیة العین أکبر ما یمکن عند الطول الموجی الذی یقع بین الأخضر والأصفر. وتقاس أطوال الموجات الضوئیة بوحدات صغیرة جدا مثل المیکرومتر والنانومتر والانجستروم.
یمکن ملاحظة اختلاف الطول الموجی بالعین ثم یترجم داخل العقل للون من الأحمر وهو ذو أطول موجة حیث أن طوله الموجی 700 نانومتر، والبنفسجی ذو أقصر طول موجی حیث أن طوله الموجی حوالی 400 نانومتر، وبینهم ترد مختلف الألوان کالبرتقالی، والآخضر، والأزرق.
الطول الموجی الطیف الکهرومغناطیسی خارج مجال رؤیة العین یطلق علیة الأشعة فوق البنفسجیة والأشعة تحت الحمراء. تستطیع بعض الحیوانات رؤیة بعض الأطوال الموجیة الطویلة مثل النحل.
إن تعرض الجلد للأشعة فوق البنفسجیة لفترة طویلة یمکن أن یسبب حروق الشمس أو سرطان الجلد، ونقص التعرض یسبب نقص فیتامین د.
طبیعة الضوء وانتشاره
ینتشر الضوء موجیًّا فی جمیع الاتجاهات وبسرعة فائقة جدًّا لدرجة أنه لا یوجد فی حیاتنا الیومیة أی شیء یدعونا للقول إنه یتحرک أسرع من الضوء. ویکون انتشار الضوء فی خطوط مستقیمة. لذلک فان لکل جسیم ظل عند سقوط الضوء علیه أو على أی شی یصدر منه، لذلک یمکن القول بأن انتشار الضوء فی خطوط مستقیمة هو مبدأ علمی یتحقق من مشاهدة الظل، وکذلک فإن تجمع الضوء بالعدسات وبالکامیرات هو تطبیق لهذه الحقیقة. تختلف حساسیة العین باختلاف الطاقة الإشعاعیة المستقبلة من الأجسام المضیئة أو المرئیة، والعین قادرة على التمییز بین الألوان المختلفة المکونة لضوء العادی ضوء الشمس المرئی الواصل لسطح الأرض حیث لکل لون خواص مختلفة عن اللون الآخر. ویقع حد حساسیة العین فی التمییز أو الرؤیة للألوان أی للموجات الضوئیة بین الضوء الذی طول موجته (4000A أو 400 نانو متر) إلى (7000A أو 700 نانومتر) أی هاتین القیمتین هما حدود الإحساس بالرؤیة. لکن للعین أیضًا أن تکشف ضوء بطول موجة خارج عن هذه الحدود إذا کانت شدة الضوء عالیة لدرجة کافیة. ویستخدم الألواح الفوتوغرافیة والکاشفات الإلکترونیة الحساسة للکشف عن الإشعاع بدلاً عن العین البشریة وخاصة خارج الحدود المذکورة (4000-7000A) هذه الحدود تعرف بحدود الضوء المرئی (visible light).
وحسب تعریفنا السابق للضوء فیمکن أن نعرّف طبیعة الضوء استنادًا إلى معادلات ماکسویل ونظریة الکهرومغناطیسیة بأنه عبارة عن اضطراب کهرومغناطیسی ینتشر على هیئة موجات مستعرضة، جزء منها یتغیر فیها الجهد الکهربی دوریًّا، والجزء الآخر یتغیر فیه المجال المغناطیسی دوریًّا أیضًا وبنفس معدل تغیر الجهد الکهربی. والاثنان متعامدان على بعضهما.
موجة یتغیر فیها المجال الکهربی E متعامدا على موجة یتغیر فیها مجال مغناطیسی B. وتنتشر الموجة فی الاتجاه k العمودی على المستوی الذی ینغیر فیه المجالان (أی من الیسار إلى الیمین)
وتتمیز الموجة الکهرومغناطیسیة عامة بالعوامل التالیة :
1- سعة الموجة (a) بالمتر.
2- طول الموجة (λ) بالمتر.
3- سرعة الموجة (υ) متر/ثانیة.
4- التردد (f) هرتز أی دورة/ثانیة.
5- العدد الموجی (k) أی عدد الموجات لکل وحدة طول والذی یساوی (2Π/ λ) (متر) (-1).
6- الترددالزاوی (ω) والذی یساوی (ω=2Πf).
العلاقة الخاصة بسرعة الموجات تعطى کالتالی (υ=λ.f)، وفی حالة الموجات الکهرومغناطیسیة تکون العلاقة c =λ.f حیث c سرعة الضوء فی الفراغ. وهی تقدر بنحو 300000 کیلومتر / ثانیة.
وقد أثبت أینشتین فی النظریة النسبیة أن سرعة الضوء فی الفراغ ثابتة لا تتغیر، وأنها أعلى سرعة على الإطلاق ولا تستطیع الأجسام الوصول إلیها. حیث أن الأجسام تزید کتلتها کلما إقتربت سرعتها من سرعة الضوء.
وفی علم البصریات والموجات تقاس الأطوال بوحدات صغیرة جداً والمستخدم هو المیکرومتر μm، والمللی میکرومتر mm، أو النانومتر nm، أو الانجستروم A، حیث :
1A=10 (-10) meter
1μ=10 (-6) meter
1 nm = 10 (-3)µm=10 (-9) meter
فمثلاً طول الموجة الضوء الأصفر هی (5890A) وهی ضمن حدود حد الرؤیة (4000A-7000A) ومنبع الضوء حولنا هی الشمس وهذا لا یعنی أن الشمس فقط هی مصدر الضوء الوحید، فالنجوم والمجرات تـُصدر ضوءا. وفى حیاتنا الیومیة نحصل على الضوء بواسطة الکهرباء والمصابیح. ولاننسى النار فهی أیضا مصدر للضوء.
ضوء سرعة الضوء
کان الفلکیون یعتقدون أن الضوء ینتقل بسرعة لانهائیة کما کان یُعتقد أن أی حدث یحدث فی أی مکان فی الکون یلاحظ فی جمیع النقاط الأخرى فی الکون فی الوقت ذاته. ویٌقال أن جالیلو قد حاول أن یقیس سرعة الضوء عام 1600 م ولکنة لم ینجح فی تلک الفترة إلا بعد محاولات متعددة وأقتنع أن سرعة الضوء لانهائیة أی لا یوجد شی أسرع من الضوء. ولکن فی عام 1849 م نجح العالم فیزو بإعطاء قیمة لسرعة الضوء على کوکب الأرض. أما فی الفضاء فان سرعة الضوء المطلقة هی (3exp8 m/s). وفی الأوساط المادیة فینتقل الضوء بسرعة معتمدة على خواص الوسط. والعلاقة بین سرعة الضوء فی الوسط (v) وسرعة الضوء فی الفراغ c هی:
(c/n) v c.(ε.μ) (1/2)
حیث (v) سرعة الضوء فی الوسط المادی.
وc سرعة الضوء فی الفراغ وهی تساوی (3exp8 m/s).
و(ε) معامل السماحیة الکهربائیة أی (معامل سماح المجال الکهربائی للوسط).
و(μ) معامل النفاذیه المغناطیسیة أی (معامل النفاذ للمجال المغناطیسی للوسط).
و (n=(c/v معامل الانکسار للوسط حیث یمثل النسبة سرعة الضوء بالفراغ وسرعة الضوء فی الوسط أو (n^2= ε.μ) لذلک قیمته دائماً أکبر من الواحد.
سرعة الضوء فی الماء هی ثلاثة أرباع سرعة الضوء فی الفراغ. سرعة الضوء فی الزجاج هی ثلثی سرعة الضوء فی الفراغ.
حسبت سرعة الضوء بالفراغ وکانت القیمة المحسوبة 299،792،458 متر فی الثانیة، أما عند مرور الضوء فی أوساط شفافة فان سرعته تقل کما أنه من الممکن ان یتعرض للانکسار والانعکاس حسب طبیعة الوسطین الذین یعبرهما.
المفعول الکهروضوئی
تحدث ظاهرة المفعول الکهروضوئی (photoelectric effect) عند سقوط إشعاع کهرومغناطیسی على سطح معدن فینتج عنه تحریر إلکترونات من سطح المعدن. ذلک لأن جزءا من طاقة الشعاع الکهرومغناطیسی یمتصها الإلکترون المرتبط بذرات المعدن فیتحرر منه ویکتسب طاقة حرکة وهذه العملیة تعتمد على تردد موجة الضوء.
بقیت النظریة الموجیة للضوء سائدة زمن طویل حتى نهایة القرن التاسع عشر إلى أن إکتـُشف المفعول الکهرضوئی فعمل على قلب المفاهیم عن طبیعة الضوء.
المفعول الکهرضوئی یتلخص فیمایلی: یسلط إشعاع ضوئی على معدن موضوع فی ناقوس مفرغ من الهواء وفی وجود حقل کهربائی مطبق بین قطبین مربوطین بمقیاس التیار الکهربائی. فی حالة عدم وجود أی إشعاع یشیر مؤشر الجهاز إلى الصفر. وعند تسلیط الإشعاع یلاحظ تحرک مؤشر الجهاز دلالة على وجود تیار کهربائی، أی أن عددا من الإلکترونات انتـُزعت من المعدن وانتقلت تحت تأثیر الحقل الکهربائی إلى القطب الموجب. إلى هنا لا شیء یتناقض مع النظریة الموجیة, حیث یمکن الافتراض ان طاقة الموجة(والمتناسبة مع مربع سعة الموجة) انتقلت إلى إلکترونات المعدن. لکن التجربة أثبتت أن طاقة الإلکترونات لا تعتمد على شدة الإشعاع ولکن على تواتره : تستجیب الإلکترونات فی الذرة لتردد شعاع الضوء بصفة خاصة، وزیادة شدة الإشعاع یُزید فقط عددالإلکترونات.
العلاقة بین طاقة الإلکترونات E وتواتر الإشعاع f خطیة:
حیث V هو جهد التأین للمعدن ویسمى کذلک جهد الخروج, h هو ثابت بلانک وهو العدد الممیز لمیکانیکا الکم وهو یعطی العلاقة بین تردد الموجة وطاقة الموجة. وجهد التأین خاصیة من خواص المادة ویعتمد على التوزیع الإلکترونی لذرة العنصر، ومقداره یختلف من عنصر إلى عنصر.
أول من قدم تفسیر هذا المفعول کان ألبرت آینشتین فحسب هذا الأخیر فإن الضوء یصدر فی شکل کمات منفصلة من الطاقة تسمى فوتونات کل فوتون یحمل معه مقدارا من الطاقة یساوی جداءالتواتر بثابت بلانک.
ملاحظة: عکس ما یعتقد البعض فإن أینشتین حصل على جائزة نوبل على أعماله حول المفعول الکهروضوئی ولیس عن النظریة النسبیة
المنابع الضوئیة
هناک العدید من المنابع الضوئیة. وأکثر هذه المنابع شیوعا هی المنابع الحراریة: وهی عبارة عن جسم یصدر عند درجة حرارة معینة طیفًا مطابقًا لإشعاع الجسم الأسود. ومن الأمثلة على ذلک الطیف (الإشعاع المنبعث من جو الشمس عند ذروة منحنی بلانک حوالی 6000 کلفن من الطیف الکهرومغناطیسی)، المصابیح الکهربائیة المتوهجة (التی تصدر فقط حوالی 7٪ من طاقتها کضوء مرئی والباقی کأشعة تحت الحمراء)، والجزیئات الصلبة المتوهجة فی النیران.
تنزاح الذروة فی طیف الجسم الأسود فی اتجاه مجال الأشعة تحت الحمراء للأجسام الباردة نسبیا مثل البشر. وکلما ازدادت درجة حرارة الجسم (کالحدید المنصهر)، تنزاح الذروة إلى أطوال موجیة أقصر، مولدة أولا توهجًا أحمرًا، ثم توهجًا أبیضًا، وأخیرًا توهجًا أزرقًا حین تنزاح الذروة خارجة من الجزء المرئی من الطیف داخلة إلى مجال الأشعة فوق البنفسجیة. یمکن رؤیة هذه الألوان عند تسخین المعدن إلى درجات حرارة عالیة فنرى اللون الأحمر ثم اللون الأبیض. أما الإصدارات الحراریة الزرقاء فلا یمکن رؤیتها غالبًا. واللون الأزرق الذی نراه فی لهب الغاز أو مشعل اللحام هو فی الواقع نتیجة لانبعاثات جزیئیة، وخصوصًا من جذور CH الحرة (تصدر حزمة موجیة طولها حوالی 425 نانومتر).
تصدر الذرات الضوء وتمتصه عند طاقات ممیزة. مما یولد خیوط الإصدار الذری فی طیف کل ذرة. یمکن للإصدار أن یکون تلقائیا(Spontaneous emission)، کما فی حالة مصباح ثنائی باعث للضوء، ومصباح التفریغ الغازی (مثل مصابیح النیون، ولافتات النیون، ومصابیح بخار الزئبق، وغیرها)، واللهب (ضوء صادر عن الغاز الساخن نفسه، على سبیل المثال، یـُصدر الصودیوم ضوءا أصفرا عند وضعه فی لهب الغاز). ویمکن أیضا أن یکون الإصدار محفزًا، کما هو الحال فی اللیزر أو فی الموجات الدقیقة للمایزر.
تباطؤ الجسیمات المشحونة، مثل الإلکترونات، یمکن أن یُولد إشعاعًا مرئیًا: إشعاع سیکلوترونی، وإشعاع سنکترونی، وأشعة انکباح. الجسیمات الأولیة المتحرکة بسرعة أکبر من سرعة الضوء ضمن وسط ما یمکن أن تولد إشعاع شیرنکوف.
تُولد بعض المواد الکیمیائیة إشعاعًا مرئیًا بعملیة الضیائیة الکیمیائیة. وکذلک فی الأجسام الحیة، تسمى هذه العملیة بالضیائیة الحیویة. فمثلا تقوم الیراعة بتولید الضوء بهذه الطریقة، ویمکن للمراکب المبحرة فی الماء أن تمیز البلانکتون الذی یولد توهجًا ضعیفًا. تقوم بعض المواد بتولید الضوء عندما تضاء بإشعاع ذی طاقة تناسب توزیعها الإلکترونی. تعرف هذه الظاهرة بالفلوریة. وتستخدم فی المصابیح الفلوریة. تصدر بعض المواد الضوء بعد فترة قصیرة من تحفیزها بإشعاع طاقی، وتعرف هذه الظاهرة باسم الفسفوریة .
یمکن تحفیز المواد الفسفوریة بتسلیط جسیمات دون الذریة علیها. والتألق المهبطی (بالإنجلیزیة: Cathodoluminescence) هو أحد الأمثلة على ذلک. هذه الآلیة تستخدم فی الرائی ذو أنبوب الأشعة المهبطیة.
ویوجد آلیات أخرى لإنتاج الضوء:
ومیض
ضیائیة کهربائیة w:en:electroluminescence
ضیائیة صوتیة
ضیائیة احتکاکیة w:en:triboluminescence
إشعاع شیرنکوف
عندما یمتد مفهوم الضوء لیشمل الفوتونات ذات الطاقة العالیة جدًا (أشعة غاما)، فإن آلیات تولید الضوء تشمل أیضًا:
النشاط الإشعاعی
فناء الجسیم – الجسیم المضاد.
میزت هیئة الإضاءة الدولیة بین المنبع الضوئی والمضیاء. المنبع الضوئی هو مصدر فیزیائی للضوء، مثل الشمس والمصابیح، بینما یشیر مصطلح مضیاء إلى توزیع قدرة طیفیة خاص. وبالتالی یمکن توصیف المضیاء مسبقًا، ولکن قد لا یمکننا تصنیعه عملیًا.
نظریات
لقد کان یٌعـتقد حتى نهایة القرن الثامن عشر بأن الضوء شبیه بالصوت ویحتاج إلى وسط مادی حتى ینتقل ویسمى هذا الوسط بالأثیر الذی کان یعرفه العلماء بأنة مادة رقیقة جداً ذات کثافة متناهیة فی الصغر وذلک لتبریر إن الأثیر لا یمکن ملاحظته ولکن تجربة (میکلسون- مورلی) أثبت إن الأثیر غیر موجود.
ففی عام 1905م وضع اینشتاین فرضاً لحل هذه المشکلة والفرض یقول : (إذا کان هناک عدد من الراصدین یتحرکون بسرعة منتظمة کل منهم بالنسبة للآخر وأیضاً بالنسبة للمصدر الضوئی وإذا کل من الراصدین یقیس سرعة الضوء الخارج من المصدر فأنهم جمیعاً سیحصلون على نفس القیمة لسرعة الضوء).
هی نفس فکرة جالیلو عام 1600م وهذا الفرض هو أساس النظریة النسبیة الخاصة والتی استغنت عن فکرة وجود الأثیر. وأثبت أن سرعة الضوء ثابتة فی جمیع المراجع.
نظریة الدقائق لنیوتن
تصور نیوتن أن الجسم المضیء تنبعث منه جسیمات دقیقة کرویة تامة المرونة وتسیر بسرعة منتظمة کبیرة جداً وتختلف من وسط إلى آخر حسب کثافته. وتکون حرکة هذه الجسیمات الکرویة فی خطوط مستقیمة فی الوسط المتجانس الواحد وقد استدل نیوتن على أن الأشعة الضوئیة عندما تصطدم بسطح عاکس فأن زاویة السقوط تساوی زاویة الانعکاس کاصطدام کرة تامة المرونة بسطح أملس مرتدة بحیث زاویة سقوطها تساوی زاویة انعکاسها.
أما فی ظاهرة الانکسار فأنه قد فسره نیوتن عندما تخترق هذه الجسیمات الکرویة الضوئیة أوساطاً مختلفة الکثافة مثل الماء أو الزجاج فأنها تنکسر داخل کل وسط وتنحرف عن المسار المستقیم لها. فعند انتقال الضوء من وسط اقل کثافة مثل الهواء إلى وسط أکثر کثافة مثل الماء فأن الوسط المائی یحرف هذه الجسیمات الضوئیة إلى أسفل ومعنى ذلک أن المرکبة الرأسیة لسرعة الضوء المنکسر سوف تقل بحیث تقترب الجسیمات الکرویة الضوئیة من العمود على السطح الفاصل بین الوسطین.
وبذلک سوف تزداد السرعة المحصلة أی أن سرعة الضوء فی الوسط الکثیف سوف تزداد وتصبح أکبر من سرعة الضوء فی الوسط الخفیف (أی أن سرعة الضوء تعتمد على الکثافة الضوئیة للوسط). وهذا غیر صحیح ویخالف التجارب العلمیة حیث أن سرعة الضوء تکون أکبر ما یمکن فی الفراغ أی تزداد کلما قلت الکثافة للوسط فأن سرعة الضوء فی ذروتها فی الفراغ وبالتالی فشلت نظریة نیوتن فی تفسیر ظاهرة الحیود والتداخل والاستقطاب.
نظریة ماکسویل للموجات الکهرومغناطیسیة
وجد ماکسویل أن الضوء هو موجة کهرومغناطیسیة سرعتها تساوی سرعة الضوء. أی أن الضوء موجات کهرومغناطیسیة ذات طاقة، وقد أتضح أن الشحنة الکهربائیة تولد مجالاً کهربائیاً حولها وهی ساکنة، وتولد مجالاً مغناطیسیاً وهی متحرکة. کذلک التغیر فی المجال الکهربائی یولد مجالاً مغناطیسیاً، وهذا نص قانون (أمبیر). وأن التغیر فی المجال المغناطیسی یولد مجالا کهربائیا وهذا نص قانون (فارادای). هذه الحقیقة هی أصل تکوین الموجات الکهرومغناطیسیة حیث أن شحنة کهربائیة متذبذبة تولد فی الفضاء مجالین کهربائی ومغناطیسی ،أی مجالاً (کهرومغناطیسی) متغیر وهذا المجال یتحرک فی الفراغ بسرعة الضوء نفسها (3exp8 متر /ثانیة) أی 300000 کیلومتر /ثانیة.
C =1/ ((ε.μ) (1/2)) = 3 exp8
أما شدة الضوء (I) أو شدة الموجة الکهرومغناطیسیة فهی (الطاقة فی وحدة الزمن لوحدة المساحة وعمودیة على اتجاه انتشار الموجة) . I= ε. (Eexp2). c
حیث (E) شدة المجال الکهربائی أو المغناطیسی (B).
یحدد المدى التقریبی للطیف الکهرومغناطیسی من موجات الرادیو ذات الطول الموجی الطویل إلى أشعة جاما ذات الطول الموجی القصیر جداً والطاقة العالیة. والضوء المرئی أی الذی یمکن للعین البشریة رصد موجاته یقع بین مدى من فوق البنفسجی إلى تحت الأحمر.ومن الجدیر بالذکر أنة لا توجد حدود تفصل مناطق الطیف من بعضها البعض.
عندما تسقط الموجات الکهرومغناطیسیة على سطح ما وبصورة عمودیة فأن الجسم یمتص تلک الأشعة وأن قوة تسمى قوة الأشعاع تظهر وتحسب من خلال العلاقة التالیة :
F= P/ ©
حیث P هی الطاقة لکل وحدة زمن أی القدرة للموجة الکهرومغناطیسیة الممتصة ویمکن الحصول على P من خلال العلاقة التالیة:
P= (u) / c
حیث u هی الطاقة الکهرومغناطیسیة.
نظریة اینشتاین للفوتون
من أهم العلماء الفیزیائیین الذین قاموا بتفسیر سلوک الضوء حول العالم بلانک الذی درس الطاقة الأشعاعیة المنبعثة من الاجسام الساخنة واستطاع حسابها بالقانون التالی:
E= h. f
حیث (E) هی الطاقة و (h) هو ثابت یسمى ثابت بلانک ویساوی 6.635exp-34 J.s جول.ثانیة. و (f) هو التردد الضوء المنبعث.
وأن الضوء ینبعث على شکل کمات صغیرة سماها الفوتون واقترح اینشتاین على أساس فرض بلانک أن الطاقة فی الحزم الضوئیة تنتشر فی الفراغ بشکل حزم مرکزة من الطاقة وهی الفوتونات ویکون انبعاثها على شکل کمات أی دفعات واقترح أن الضوء المار خلال الفراغ لا یسلک سلوک الموجة إطلاقاَ بل سلوک جسیم الفوتون وبذلک تعارض اینشتاین فی أول الأمر مع مبدأ النظریة الموجیة للضوء التی حققت نتائج مخبریه عظیمة ولکن بعد مرور فترة زمنیة أید اینشتاین فکرة النظریة الموجیة وعارض نفسه أی عارض مبدأ سلوک الجسیمات.
وفی عام 1924م وضع العالم الفرنسی دی بروجلی مبدأ هام جداً وهو المبدأ السائد حتى الآن والذی نال على أثرة شهادة الدکتوراه فی الفیزیاء وینص على: (أن للضوء صفة مزدوجة فهو یسلک سلوک الموجة تحت ظروف معینة - (وهذا یفسر الانعکاس والانکسار والاستقطاب والحیود والتداخل وهذا ما یتفق مع نظریة ماکسویل)- وأن الضوء یسلک سلوک الجسیم (الفوتون) تحت ظروف أخرى -(وهذا یفسر تفاعل الضوء مع المواد والظاهرة الکهروضوئیة وظاهرة کومبتون وغیرها وهذا ما یتفق مع نظریات اینشتاین ونیوتن).
وهذا یعنی أن للمادة صفة مزدوجة فإذا کان لدینا جسم کتلته (m) یتحرک بکمیة حرکة (p) فأن طول الموجة المصاحبة له تعطى من خلال القانون التالی :
λ = (h) / P
ومن وجه نظری فأن هذا القانون مهم جداً وهو محور النظریة الکمیة لاحظ فی القانون أن
P. λ= h
حیث أن (p) تمثل الاعتبارات الجسیمیة(P = m. v حیث v سرعة الجسیم) و(λ) طول الموجة وحاصل ضربهم هو ثابت بلانک (h). ویعنی بشکل أدق أنه یمکن القول بأن حزمة أی حزمة ضوئیة لها تردد وطول موجی ویمکن اعتبارها موجة ویمکن القول أن الحزمة الضوئیة مشکلة من الفوتونات أی لها طاقة حرکة وکمیة حرکة.
النظریة الموجیة الکمیة
لدراسة انتقال الطاقة کحرکة موجیة یتطلب عادة وسط حیث تتذبذب جزیئات الوسط. فالجسیم المتذبذب یؤثر بقوة على جارة فتجعله یتذبذب أیضاً وبهذه الطریقة فأن الحرکة من جسیم إلى آخر وبالتالی یتم انتقال الطاقة الموجیة فی المادة، وهی حالة مشابهة لما یحدث فی الماء عندما تنقل الطاقة إلى الضفة دون أن تنتقل جسیمات الماء نفسه أو انتقال الصوت فی الهواء. وفکرة الأثیر ابتکرت کی یکون هذا الوسط هو الوسط الناقل للضوء بالطریقة السابقة. ولکن الضوء حسب النظریة الکهرومغناطیسیة لا یحتاج إلى وسط فهو یأتی من الشمس أی فی الفراغ الذی لا وسط فیه وبسرعة الضوء المطلقة وبعد ذلک تبین من النظریة الکهرومغناطیسیة أن الموجة الکهرومغناطیسیةعبارة عن تغیر مجالین متوافقین بنفس التردد، أحدهما کهربائی (E) ووالآخر مغناطیسی (B).
وقد عُرّفت جبهة الموجة على أساس ذلک بأنها المحل الهندسی لجمیع النقاط ذات الطور الواحد.
المراجع
^ Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light. Statistical Science 2000, Vol. 15, No. 3, 254–278
^ McDonald, Roderick (1997), Colour Physics for Industry (Second Edition ed.), Society of Dyers and Colourists, p. 99, ISBN 0 901956 70 8
اقرأ أیضا
ضغط إشعاع
موجة کهرومغناطیسیة
طیف
طیف امتصاص
طیف انبعاث
مجموعة خطوط بالمر
مجموعة خطوط رایلی
طاحونة ضوئیة
مطیافیة
مطیافیة الأشعة تحت الحمراء
مطیاف الإلکترونات
مطیافیة الکتلة
مرشح ضوئی
تصنیفان: فیزیاء ضوء
قس انگلیسی
Visible light (commonly referred to simply as light) is electromagnetic radiation that is visible to the human eye, and is responsible for the sense of sight. Visible light has wavelength in a range from about 380 nanometres to about 740 nm. The visible light range is located between the invisible infrared, which is found at longer wavelengths and the invisible ultraviolet, which is found at shorter wavelengths.
Primary properties of visible light are intensity, propagation direction, frequency or wavelength spectrum, and polarisation, while its speed in a vacuum, 299,792,458 meters per second (about 300,000 kilometers per second), is one of the fundamental constants of nature. Visible light, as with all types of electromagnetic radiation (EMR) is experimentally found to move at exactly this same speed in vacuum.
In common with all types of EMR, visible light is emitted and absorbed in tiny "packets" called photons, and exhibits properties of both waves and particles. This property is referred to as the wave–particle duality. The study of light, known as optics, is an important research area in modern physics.
In physics, the term light sometimes refers to electromagnetic radiation of any wavelength, whether visible or not. This article focuses on visible light. See the electromagnetic radiation article for the general term.
Contents
1 Speed of visible light
2 Electromagnetic spectrum
3 Optics
3.1 Refraction
4 Light sources
5 Units and measures
6 Light pressure
7 Historical theories about light, in chronological order
7.1 Classical Greece and Hellenism
7.2 Classical India
7.3 Descartes
7.4 Particle theory
7.5 Wave theory
7.6 Quantum theory
7.7 Electromagnetic theory as explanation for all types of visible light and all EM radiation
8 See also
9 Notes
10 References
Speed of visible light
Main article: Speed of light
The speed of light in a vacuum is defined to be exactly 299,792,458 m/s (approximately 186,282 miles per second). The fixed value of the speed of light in SI units results f
1- پرتو، تابش، تلاء لو، روشنايي، سو، ضياء، فروغ 2- شعاع
تاريكي، ظلمت
light, glory, the light
ضوء، إضاءة، الأضواء، ضوء النهار، منارة، نبراس، مصباح كهربائي، نار، ضياء النهار، نافذة، الشيء الخفيف، ولعة، لمبة، خفيف، فاتح، هين، فاسق، داعر، تافه، طائش، مرح، لطيف، أضاء، وضح، أنار، أشعل، ترجل، أحرق
ışık
la lumière
das licht
la luz
la luce
چراغ، فانوس، اتش، شکوه، افتخار، جلال، عظمت، عزت
نور یا پرتو (Parto ) دارای تعریف دقیقی نیست، 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 با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام میکنند که تمام پدیدههای نوری را توجیه میکنند.
نظریه ماکسول درباره انتشار نور 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 الکترودینامیک کوانتومی نام 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 شدهاست اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست.
نوشتار اصلی: سرعت نور
سرعت نور در خلاء دقیقا برابر است با ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه (تقریبا ۱۸۶٬۲۸۲ مایل بر ثانیه). چون هم اکنون در دستگاه SI از یکای متر استفاده میشود، سرعت دقیق نور نیز با یکای متر تعریف شد.
در گذشته، فیزیکدانهای بسیاری تلاش کردند تا سرعت نور را بدست آورند که از میان آنان میتوان به گالیله اشاره کرد که در قرن ۱۷ میلادی تلاش کرد تا سرعت نور را بدست آورد. همچنین اوله رومر، فیزیکدان دانمارکی در سال ۱۶۷۶ آزمایشی طراحی کرد تا با کمک یک تلسکوپ بتواند سرعت نور را اندازه بگیرد. وی گردش مشتری و یکی از ماههای آن آیو، را زیر نظر گرفت. او محاسبه کرد که ۲۲ دقیقه طول میکشد تا نور قطر مدار زمین را بپیماید. شور بختانه در آن زمان دادهها کافی نبود؛ اگر رومه قطر مدار زمین را داشت، سرعتی که برای نور میتوانست بدست آورد ۲۲۷٬۰۰۰٬۰۰۰ متر بر ثانیه بود.
اندازهگیری دقیقتری که برای بدست آوردن سرعت نور انجام شد در سال ۱۸۴۹ از سوی هیپولیت فیزو (به فرانسوی: Hippolyte Fizeau) بود. او پرتوهایی از نور را به سمت آینهای که کیلومترها دورتر بود هدایت کرد. یک چرخدندهٔ در حال گردش نیز در مسیر نور در فاصلهٔ میان منبع تا آینه و مسیر برگشت تا نقطهٔ مبدا قرار داد. او دریافت که با یک نرخ مشخص گردش، نور میتواند در مسیر رفت از میان یکی از فضاهای خالی روی چرخ رد شود و در برگشت از فضای خالی بعدی (سوراخهای متوالی) عبور کند. با داشتن فاصلهٔ آینه، تعداد دندانههای چرخ و نرخ گردش آن، او توانست سرعت نور را ۳۱۳٬۰۰۰٬۰۰۰ متر بر ثانیه بدست آورد.
در ۱۸۶۲ لئون فوکولت (Léon Foucault) با استفاده از آینههای در حال چرخش سرعت نور را ۲۹۸٬۰۰۰٬۰۰۰ m/s بدست آورد. آلبرت آبراهام مایکلسون از ۱۸۷۷ تا زمان مرگش ۱۹۳۱ آزمایشهای بسیاری را برای بدست آوردن سرعت نور طراحی کرد. او بر روی آزمایشهای فوکولت بیشتر کار کرد و روش آینههای در گردش را پیش بُرد و تلاش کرد مدتی را که طول میکشد تا نور مسیر رفت و برگشت میان کوه ویلسون تا کوه سن آنتونیو در کالیفرنیا را بپیماید بدست آورد. مقدار دقیق سرعت نور ۲۹۹٬۷۹۶٬۰۰۰ متر بر ثانیه است.
گستره طول موجی نور
نور گستره طول موجی وسیعی دارد. ناحیه نور مرئی از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) 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 وابستهاست. 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. برخی دیگر از دانشمندان نیز اظهار داشتهاند که نوز از ذرات در ارتعاش شدید تشکیل یافتهاست. نیوتن معتقد بود نور از درون واسطهای به نام اتر گذر میکند که غیر مادّی است و دیده نمیشود. بر اساس نظریه اتر، فضا آکنده است از این واسطه. هم اکنون این نظریه باطل شده است و معتبر نمیباشد.
ماهیت موجی
همزمان با نیوتن، کریستیان هویگنس (Christiaan Huygens) (۱۶۹۵-۱۶۲۹)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 (توضیح بیشتر در آزمایش دوشکاف).
ماهیت الکترومغناطیس
بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (۱۸۷۹-۱۸۳۱) 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. E=hν که در آن ν بسامد وEانرژی است
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
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.
جستارهای دیگر
سرعت موج
اتر
منابع
دانشنامه رشد.
سگل، موکول، آشنایی با نور و لیزر، ترجمه پریچهر همایونروز، تهران، ذکر، کتابهای قاصدک، ۱۳۷۶.
↑ Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light. Statistical Science 2000, Vol. ۱۵, No. ۳, ۲۵۴–۲۷۸
↑ Science Team Shows Light Is Made Of Particles And Waves
پیوند به بیرون
در ویکیانبار پروندههایی دربارهٔ نور موجود است.
معنای واژهٔ «نور» را در ویکیواژه ببینید.
ردههای صفحه: نور
از ویکی پدیا
قس عربی
الضوء أو الضوء المرئی هو إشعاع کهرومغناطیسی مرئی للعین البشریة، ومسؤول عن حاسة الابصار. للضو المرئی طول موجی یقع بین نحو 740 نانومتر (الضوء الأحمر) و380 نانومتر (الضوء البنفسجی) مع تردد یقع بین نحو 790 تیرا هیرتز و 405 تیرا هیرتز، والعین تستطیع رؤیة الأجسام غیر الشفافة من خلال انعکاس الضوء علیها، یشیر مصطلح الضوء عادة إلى الاشعاع الکهرومغناطیسی بأی طول موجی سواء کان مرئیا أو لا. کلمة الضوء تطلق على هذا الحیز الوسطی من طیف الإشعاع الکهرومغناطیسی الذی یمتد من الموجات الرادیویة (أو موجات الرادیو) المستعملة فی إرسال الرادیو بطول موجة بین السنتیمتر وعدة کیلومترات، ویمتد من الناحیة الأخرى للأشعة تحت الحمراء ثم إلى الطیف المرئی ثم إلى الأشعة الفوق بنفسجیة، إلى الأشعة السینیة، ثم إلى أشعة جاما التی تصدر من أنویة الذرات ولها طاقات عالیة تُقاس بالملیون إلکترون فولت MeV ودرجة نفاذ عالیة. الخصائص الأساسیة للضوء هی الشدة، اتجاه الانتشار، التردد أو الطول الموجی للطیف، والاستقطاب، فی حین أن سرعة الضوء فی الفراغ، 299,792,458 م/ث (حوالی 300,000 کم/ث)، هی واحدة من الثوابت الأساسیة فی الطبیعة. یعرض الضوء الذی یشع ویمتص فی هیئة حزم صغیرة تدعى الفوتونات کلا من خصائص الموجات والجزیئات. یشار إالى هذه الخاصیة بالازدواجیة الموجیة الجزیئیة. تعد دراسة الضوء، والمعروفة بعلم البصریات، مجال بحث ذوأهمیة فی الفیزیاء الحدیثة.
محتویات
1 سرعة الضوء
2 انکسار الضوء
2.1 التداخل
2.2 الفتحة المزدوجة
2.3 الفتحة الفردیة
3 تاریخ
4 الطیف المرئی
5 طبیعة الضوء وانتشاره
6 المفعول الکهروضوئی
7 المنابع الضوئیة
8 نظریات
8.1 نظریة الدقائق لنیوتن
8.2 نظریة ماکسویل للموجات الکهرومغناطیسیة
8.3 نظریة اینشتاین للفوتون
8.4 النظریة الموجیة الکمیة
9 المراجع
10 اقرأ أیضا
سرعة الضوء
عرفت سرعة الضوء بالفراغ بکونها تساوی بالضبط 299,792,458 م/ث (تقریباً 186,282 میل/ث). نتجت السرعة الثابتة للضوء فی نظام الوحدات الدولی من حقیقة أن المتر أصبح یعرف الآن على أنه المسافة التی یقطعها الضوء خلال زمن قدره 1/299,792,458 ثانیة. عبر التاریخ حاول الکثیر من الفیزیائیین قیاس سرعة الضوء ومن ضمنهم جالیلیو فی القرن السابع عشر. أجریت إحدى التجارب المبکرة لقیاس سرعة الضوء بواسطة الفیزیائی الدنمارکی أوول رومو فی العام 1676 م. باستخدام المقراب، رصد رومر المشتری وأحد أقماره، إیو. ملاحظاً تناقضاَ فی فترة الظهور لمدار إیو، تمکن رومر من حساب أن الضوء یلزمه 22 دقیقة لاجتیاز قطر مدار الأرض. لسوء الحظ لم تکن قیمة قطر مدار الأرض معروفة فی ذلک الوقت، ولو علم رومر قیمة قطر مدار الأرض لتوصل إلى سرعة للضوء تساوی 227,000,000 م/ث. أجریت فی أوروبا تجربة أخرى أکثر دقة لقیاس سرعة الضوء على ید هیبولیت فیزو فی العام 1849 م. حیث وجه فیزو حزمة من الضوء إلى مرآة تبعد عدة کیلومترات. بوضع ترس دوار فی مسار سفر الضوء من المصدر إلى المرآة وبالعکس وجد فیزو عند معدل دوران محدد بأن الضوء سیعبر خلال إحدى فجوات الترس فی طریقه إلى المرآة وسیعبر فی الفجوة القادمة على الترس فی طریق العودة إلى المصدر. بمعرفة المسافة إلى المرآة، عدد أسنان الترس، ومعدل الدوران، تمکن فیزو من حساب سرعة للضوء تساوی 313,000,000 م/ث. أجرى لیون فوکو تجربة باستخدام مرایا دوارة لتحدد سرعة للضوء تساوی 298,000,000 م/ث فی العام 1862 م. أجرى ألبرت میکلسون تجارب لقیاس سرعة الضوء خلال الفترة بین عام 1877 م وحتى وفاته عام 1931 م. حیث کرر طریقة فوکو باستخدام مرایا دوارة مطورة لقیاس الزمن اللازم للضوء لاتمام رحلة ذهاب وعودة من ماونت ویلسون إلى ماونت سان انطونیو فی کالیفورنیا. أسفرت القیاسات الدقیقة عن سرعة للضوء تساوی 299,796,000 م/ث.
انکسار الضوء
الضوء هو موجة عرضیة کهرومغناطیسیة. ویعد الانعکاس وانکسار الضوء وانحرافه، والتضارب أهم ظاهرة یتم ملاحظتها عن طریق الموجات. وتتحرک الموجة المیکانیکیة المتکررة التی تعتبر بمثابة اضطراب أو تشویش متکرر من خلال موجة متوسطة. وتتحرک الموجة المتوسطة فی أی مکان. کما تتقلب الذرات الفردیة والجزیئات فی موضعهم المتوازن، حیث لم یتغیر موضعهم المتوسط. کما تنقل هذه الذرات الفردیة والجزیئات بعض من طاقتهم لجیرانهم عند التفاعل معهم. وفی المقابل تنقل الذرات المجاورة طاقتها للذرات الاخری التی تجاورهم أسفل الخط.وبذلک یتم نقل الطاقة بهذه الطریقة من خلال الموجات المتوسطة، دون نقل أی مواد أخرى. وبالتالی، تعتبر کل نقطة علی واجهة الموجة هی مصدر النقاط التی تعمل علی إنتاج موجات جدیدة. وفی الثلاث أبعاد، تعتبر هذه الموجات الجدیدة موجات کرویة حیث تسمی (بالمویجات) التی تنتشر نحو الخارج بسرعة الموجات الموجودة فی محیط الموجات المتوسطة. کما تنبعث المویجات عن طریق النقاط الموجودة علی واجهة الموجة حیث تتداخل مع کل مویجة(تصغیر موجة) لتنتج الموجة المهاجرة أو المغادرة. وتسمی هذه القاعدة (بقاعدة هیجیین). وتقوم هذه القاعدة بالتحکم فی الموجات الکهرومغناطیسیة. وعندما نتعرض لدراسة انتشار الضوء، فإننا نحل أی واجهة موجیه محل مزیج من المصادر التی تم اضطرابها اعلی الواجهة الموحیة، حیث یشع الضوء فی هذه المرحلة نقطة علی صدر الموجة واجهة الموجة الأصلیة واجهة الموجة الجدیدة. وتمثل واجهة الموجة الموجودة علی الناحیة الأخرى من الفتحة صدر الموجة الموضح بالأسفل، وذلک عندما یمر الضوء من خلال الفتحة الصغیرة، حیث یتماثل حجم الفتحة مع طول الموجة الضوئیة. وینتشر الضوء علی حدود الحائل أو العارض. ویعتبر هذا العارض هو ظاهرة انحراف الضوء.
التداخل
هوتهاجر موجتان أو أکثر فی محیط الموجة المتوسطة بصورة مستقلة، کما تمر الموجات بعضهم من بعض. ونلاحظ اضطراب بسیط فی بعض المناطق حیث تتداخل الموجات مع بعضها. وعندما تتداخل موجتان أو أکثر بعضها مع بعض، فان الإزاحة الناتجة تعد متساویة مع عملیات العزل الفردیة. فإذا تداخلت الموجتان مع بعضهم لبعض بمقدار سعات متساویة, بمعنی أن، إذا واجهت قمة الموجة اعلی القمة وإذا قابل جوف الموجة جوف الموجة الأخر, فإننا سنلاحظ علی التو الموجة الناتجة عن هذا التداخل بمقدار سعتین. کما أنة لدینا تداخل استدلالی.وإذا کانت الموجتان المتدخلتان خارج المرحلة بشکل کامل، بمعنی أنة، إذا واجهت قمة الموجة جوفها، فان الموجتان سیقومان بإلغاء کل موجة تعتبر خارج المرحلة بشکل کلی. ولذلک فإننا لدینا تداخل مدمر ومهلک.
الفتحة المزدوجة
وإذا کان الضوء ساقطا علی العارض الذی یشتمل علی فتحتان صغیرتان جدا، فان المویجات الصادرة من کل فتحة ستقوم بالتداخل وراء الحائل. کما أنة إذا سمحنا بسقوط الضوء علی الشاشة التی تقع وراء العارض، فإننا سنلاحظ نوعا من الخطوط اللامعة وأیضا المظلمة. کما یعرف هذا النوع من الخطوط اللامعة والمظلمة بالنمط الهامشی. بینما تشیر الخطوط اللامعة والساطعة للتداخل البناء والاستدلالی، فان الخطوط المظلمة والداکنة تشیر إلی التضارب المدمر والهدام. الشکل(فتحات – شاقة)
الفتحة الفردیة
وعندما یمر الضوء من خلال الفتحة الفردیة الذی یبلغ عرضها بنفس طول الموجة الضوئیة، فإننا سنلاحظ انحراف ضوئی فی الفتحة الفردیة التی یمر الضوء من خلالها. وتخبرنا قاعدة (هیجیین) بأننا من الممکن أن نعتبر کل جزء من الفتحة هو فتحة یصدر منها الموجات. وتتداخل هذه الموجات بعضها مع بعض لإنتاج نموذج من انحراف الضوء أو انکساره. وربما یحدث تضارب مدمر عندما یغادر الضوء الفتحة فی اتجاه معین، ویحدث هذا التضارب بین الأشعة اعلی حافة الفتحة (شعاع رقم 1), وبین الأشعة الوسطى(الأشعة رقم 5). وإذا تضارب هذان الشعاعان بشکل مدمر، فتتداخل أیضا الأشعة الثانیة والسادسة، والثالثة، والسابعة، والرابعة، والثامنة مع بعض. وعلاوة على ذلک، فان الضوء الصادر من وسط الفتحة یتضارب بعضه مع بعض بشکل مدمر، ویقوم بإلغاء الضوء المنبثق من النصف الأخر من الفتحة. ویتوسط الشعاع الأول والخامس طول الموجة خارج المرحلة وذلک إذا کان ینبغی أن یغادر الشعاع الخامس بدلا من الشعاع الأول نصف طول الموجة
کما نحتاج لتضارب مدمر لإنتاج أول هامش مظلم. وبالإضافة إلی ذلک یتم إنتاج الهوامش المظلمة الاخری فی نوعا من الانحراف أو الانکسار الضوئی وذلک عن طریق الفتحة الفردیة حیث توجد تلک الهوامش المظلمة علی زوایا θ
وإذا تم عرض نوع التدخل والتضارب علی شاشة ذات مسافة (L) من هذه الفتحات، فأنة من الممکن إیجاد طول الموجة من خلال مسافات الهوامش المظلمة.
تاریخ
شکل اهتمام نیوتن بالمیکانیکا دافعًا شدیدًا لتفسیر ترکیبة الضوء على أساس میکانیکی بحت. فقد افترض نیوتن أن الضوء عبارة عن جسیمات صغیرة تسیر وفق خطوط مستقیمة ما لم یعترضها مانع ما. من الناحیة التجریبیة فقد کانت خواص الضوء، کالانعکاس على سطح مصقول والانکسار على سطح الماء معروفة فی ذلک الوقت لذا کان على نیوتن إعطاء تفسیر لهذه الظواهر على أساس نظریته الجسیمیة. وحسب نیوتن فإن انعکاس الضوء على السطوح المصقولة بحیث تکون زاویة الانعکاس تساوی زاویة السقوط سببه التصادم المرن لهذه الجسیمات وارتدادها بنفس کمیة الحرکة. أما انکسار الأشعة الضوئیة، فقد فسره باختلاف القوى المؤثرة على الجسیم فی کلا الوسطین. لقد لاقت أفکار نیوتن نجاحًا فی أول الأمر لکن سرعان ما اکتشفت ظواهر جدیدة تناقض هذه الأفکار، لعل أهمها یتلخص فی ظاهرة حیود الضوء. حیث إذا ما سلطنا منبع ضوئی على حاجز به ثقب فالملاحظ على شاشة وراء هذا الحاجز ظهور بقعة ضوئیة أعرض من الثقب ویزداد حجمها کلما ابتعدنا عن الثقب. هذا یتعارض کلیة مع قوانین نیوتن للحرکة. فإذا افترضنا أن الضوء عبارة عن جسیمات تسیر فی خط مستقیم فإن ذلک یعنی أن حجم البقعة الضوئیة سیساوی حجم الثقب لأن الحاجز سوف یمنع الجسیمات التی لم تمر عبر الثقب من العبور. هذا دفع هوغنس إلى نتیجة أن الضوء عبارة فی الحقیقة عن أمواج تنتشر فی الفضاء بحیث تصبح کل نقطة من صدر الموجة بدورها منبع لموجة أخرى. ثم جاء اکتشاف آخر لیدعم فرضیة الطبیعة الموجیة للضوء، ألا وهو ظاهرة التداخل فی تجربة شقی یونغ، حیث تسلط حزمة ضوئیة على حاجز به شقین عرضهما بضع مللیمترات والمسافة بینهما بضعة سنتیمترات، ووضعت شاشة مشاهدة للأشعة خلف الحاجز. وکانت نتیجة التجربة مذهلة فقد لوحظ على الشاشة مساحات عدیدة مضیئة مستطیلة مثل الشقین وأخرى مظلمة بحیث یکون ظهورها متناوبا ،أی مضیئ مظلم مضیئ مظلم وهکذا. أثر الظاهرة کان أوضح کلما کان حجم الشقین أصغر ویختفی تماما إذا ما زاد حجمهما عن بضع عشرات من الملیمترات. وکان هذا دلیلا على الطبیعة الموجیة للضوء.
الطیف المرئی
مقال تفصیلی :طیف مرئی
یمکن تعریف هذا المدى من طیف الموجات الکهرومغناطیسیة بإنه ذلک الطیف الذی یمکن أن یؤثر فی العین فتحس بالرؤیة، ویبدأ طیف الضوء المرئی عند اللون البنفسجی وینتهی عند اللون الأحمر. ونظرًا لأن حساسیة العین تختلف باختلاف طول موجة الأشعة الضوئیة المستقبلة فهی قادرة على التمییز بین الألوان المختلفة. وتکون حساسیة العین أکبر ما یمکن عند الطول الموجی الذی یقع بین الأخضر والأصفر. وتقاس أطوال الموجات الضوئیة بوحدات صغیرة جدا مثل المیکرومتر والنانومتر والانجستروم.
یمکن ملاحظة اختلاف الطول الموجی بالعین ثم یترجم داخل العقل للون من الأحمر وهو ذو أطول موجة حیث أن طوله الموجی 700 نانومتر، والبنفسجی ذو أقصر طول موجی حیث أن طوله الموجی حوالی 400 نانومتر، وبینهم ترد مختلف الألوان کالبرتقالی، والآخضر، والأزرق.
الطول الموجی الطیف الکهرومغناطیسی خارج مجال رؤیة العین یطلق علیة الأشعة فوق البنفسجیة والأشعة تحت الحمراء. تستطیع بعض الحیوانات رؤیة بعض الأطوال الموجیة الطویلة مثل النحل.
إن تعرض الجلد للأشعة فوق البنفسجیة لفترة طویلة یمکن أن یسبب حروق الشمس أو سرطان الجلد، ونقص التعرض یسبب نقص فیتامین د.
طبیعة الضوء وانتشاره
ینتشر الضوء موجیًّا فی جمیع الاتجاهات وبسرعة فائقة جدًّا لدرجة أنه لا یوجد فی حیاتنا الیومیة أی شیء یدعونا للقول إنه یتحرک أسرع من الضوء. ویکون انتشار الضوء فی خطوط مستقیمة. لذلک فان لکل جسیم ظل عند سقوط الضوء علیه أو على أی شی یصدر منه، لذلک یمکن القول بأن انتشار الضوء فی خطوط مستقیمة هو مبدأ علمی یتحقق من مشاهدة الظل، وکذلک فإن تجمع الضوء بالعدسات وبالکامیرات هو تطبیق لهذه الحقیقة. تختلف حساسیة العین باختلاف الطاقة الإشعاعیة المستقبلة من الأجسام المضیئة أو المرئیة، والعین قادرة على التمییز بین الألوان المختلفة المکونة لضوء العادی ضوء الشمس المرئی الواصل لسطح الأرض حیث لکل لون خواص مختلفة عن اللون الآخر. ویقع حد حساسیة العین فی التمییز أو الرؤیة للألوان أی للموجات الضوئیة بین الضوء الذی طول موجته (4000A أو 400 نانو متر) إلى (7000A أو 700 نانومتر) أی هاتین القیمتین هما حدود الإحساس بالرؤیة. لکن للعین أیضًا أن تکشف ضوء بطول موجة خارج عن هذه الحدود إذا کانت شدة الضوء عالیة لدرجة کافیة. ویستخدم الألواح الفوتوغرافیة والکاشفات الإلکترونیة الحساسة للکشف عن الإشعاع بدلاً عن العین البشریة وخاصة خارج الحدود المذکورة (4000-7000A) هذه الحدود تعرف بحدود الضوء المرئی (visible light).
وحسب تعریفنا السابق للضوء فیمکن أن نعرّف طبیعة الضوء استنادًا إلى معادلات ماکسویل ونظریة الکهرومغناطیسیة بأنه عبارة عن اضطراب کهرومغناطیسی ینتشر على هیئة موجات مستعرضة، جزء منها یتغیر فیها الجهد الکهربی دوریًّا، والجزء الآخر یتغیر فیه المجال المغناطیسی دوریًّا أیضًا وبنفس معدل تغیر الجهد الکهربی. والاثنان متعامدان على بعضهما.
موجة یتغیر فیها المجال الکهربی E متعامدا على موجة یتغیر فیها مجال مغناطیسی B. وتنتشر الموجة فی الاتجاه k العمودی على المستوی الذی ینغیر فیه المجالان (أی من الیسار إلى الیمین)
وتتمیز الموجة الکهرومغناطیسیة عامة بالعوامل التالیة :
1- سعة الموجة (a) بالمتر.
2- طول الموجة (λ) بالمتر.
3- سرعة الموجة (υ) متر/ثانیة.
4- التردد (f) هرتز أی دورة/ثانیة.
5- العدد الموجی (k) أی عدد الموجات لکل وحدة طول والذی یساوی (2Π/ λ) (متر) (-1).
6- الترددالزاوی (ω) والذی یساوی (ω=2Πf).
العلاقة الخاصة بسرعة الموجات تعطى کالتالی (υ=λ.f)، وفی حالة الموجات الکهرومغناطیسیة تکون العلاقة c =λ.f حیث c سرعة الضوء فی الفراغ. وهی تقدر بنحو 300000 کیلومتر / ثانیة.
وقد أثبت أینشتین فی النظریة النسبیة أن سرعة الضوء فی الفراغ ثابتة لا تتغیر، وأنها أعلى سرعة على الإطلاق ولا تستطیع الأجسام الوصول إلیها. حیث أن الأجسام تزید کتلتها کلما إقتربت سرعتها من سرعة الضوء.
وفی علم البصریات والموجات تقاس الأطوال بوحدات صغیرة جداً والمستخدم هو المیکرومتر μm، والمللی میکرومتر mm، أو النانومتر nm، أو الانجستروم A، حیث :
1A=10 (-10) meter
1μ=10 (-6) meter
1 nm = 10 (-3)µm=10 (-9) meter
فمثلاً طول الموجة الضوء الأصفر هی (5890A) وهی ضمن حدود حد الرؤیة (4000A-7000A) ومنبع الضوء حولنا هی الشمس وهذا لا یعنی أن الشمس فقط هی مصدر الضوء الوحید، فالنجوم والمجرات تـُصدر ضوءا. وفى حیاتنا الیومیة نحصل على الضوء بواسطة الکهرباء والمصابیح. ولاننسى النار فهی أیضا مصدر للضوء.
ضوء سرعة الضوء
کان الفلکیون یعتقدون أن الضوء ینتقل بسرعة لانهائیة کما کان یُعتقد أن أی حدث یحدث فی أی مکان فی الکون یلاحظ فی جمیع النقاط الأخرى فی الکون فی الوقت ذاته. ویٌقال أن جالیلو قد حاول أن یقیس سرعة الضوء عام 1600 م ولکنة لم ینجح فی تلک الفترة إلا بعد محاولات متعددة وأقتنع أن سرعة الضوء لانهائیة أی لا یوجد شی أسرع من الضوء. ولکن فی عام 1849 م نجح العالم فیزو بإعطاء قیمة لسرعة الضوء على کوکب الأرض. أما فی الفضاء فان سرعة الضوء المطلقة هی (3exp8 m/s). وفی الأوساط المادیة فینتقل الضوء بسرعة معتمدة على خواص الوسط. والعلاقة بین سرعة الضوء فی الوسط (v) وسرعة الضوء فی الفراغ c هی:
(c/n) v c.(ε.μ) (1/2)
حیث (v) سرعة الضوء فی الوسط المادی.
وc سرعة الضوء فی الفراغ وهی تساوی (3exp8 m/s).
و(ε) معامل السماحیة الکهربائیة أی (معامل سماح المجال الکهربائی للوسط).
و(μ) معامل النفاذیه المغناطیسیة أی (معامل النفاذ للمجال المغناطیسی للوسط).
و (n=(c/v معامل الانکسار للوسط حیث یمثل النسبة سرعة الضوء بالفراغ وسرعة الضوء فی الوسط أو (n^2= ε.μ) لذلک قیمته دائماً أکبر من الواحد.
سرعة الضوء فی الماء هی ثلاثة أرباع سرعة الضوء فی الفراغ. سرعة الضوء فی الزجاج هی ثلثی سرعة الضوء فی الفراغ.
حسبت سرعة الضوء بالفراغ وکانت القیمة المحسوبة 299،792،458 متر فی الثانیة، أما عند مرور الضوء فی أوساط شفافة فان سرعته تقل کما أنه من الممکن ان یتعرض للانکسار والانعکاس حسب طبیعة الوسطین الذین یعبرهما.
المفعول الکهروضوئی
تحدث ظاهرة المفعول الکهروضوئی (photoelectric effect) عند سقوط إشعاع کهرومغناطیسی على سطح معدن فینتج عنه تحریر إلکترونات من سطح المعدن. ذلک لأن جزءا من طاقة الشعاع الکهرومغناطیسی یمتصها الإلکترون المرتبط بذرات المعدن فیتحرر منه ویکتسب طاقة حرکة وهذه العملیة تعتمد على تردد موجة الضوء.
بقیت النظریة الموجیة للضوء سائدة زمن طویل حتى نهایة القرن التاسع عشر إلى أن إکتـُشف المفعول الکهرضوئی فعمل على قلب المفاهیم عن طبیعة الضوء.
المفعول الکهرضوئی یتلخص فیمایلی: یسلط إشعاع ضوئی على معدن موضوع فی ناقوس مفرغ من الهواء وفی وجود حقل کهربائی مطبق بین قطبین مربوطین بمقیاس التیار الکهربائی. فی حالة عدم وجود أی إشعاع یشیر مؤشر الجهاز إلى الصفر. وعند تسلیط الإشعاع یلاحظ تحرک مؤشر الجهاز دلالة على وجود تیار کهربائی، أی أن عددا من الإلکترونات انتـُزعت من المعدن وانتقلت تحت تأثیر الحقل الکهربائی إلى القطب الموجب. إلى هنا لا شیء یتناقض مع النظریة الموجیة, حیث یمکن الافتراض ان طاقة الموجة(والمتناسبة مع مربع سعة الموجة) انتقلت إلى إلکترونات المعدن. لکن التجربة أثبتت أن طاقة الإلکترونات لا تعتمد على شدة الإشعاع ولکن على تواتره : تستجیب الإلکترونات فی الذرة لتردد شعاع الضوء بصفة خاصة، وزیادة شدة الإشعاع یُزید فقط عددالإلکترونات.
العلاقة بین طاقة الإلکترونات E وتواتر الإشعاع f خطیة:
حیث V هو جهد التأین للمعدن ویسمى کذلک جهد الخروج, h هو ثابت بلانک وهو العدد الممیز لمیکانیکا الکم وهو یعطی العلاقة بین تردد الموجة وطاقة الموجة. وجهد التأین خاصیة من خواص المادة ویعتمد على التوزیع الإلکترونی لذرة العنصر، ومقداره یختلف من عنصر إلى عنصر.
أول من قدم تفسیر هذا المفعول کان ألبرت آینشتین فحسب هذا الأخیر فإن الضوء یصدر فی شکل کمات منفصلة من الطاقة تسمى فوتونات کل فوتون یحمل معه مقدارا من الطاقة یساوی جداءالتواتر بثابت بلانک.
ملاحظة: عکس ما یعتقد البعض فإن أینشتین حصل على جائزة نوبل على أعماله حول المفعول الکهروضوئی ولیس عن النظریة النسبیة
المنابع الضوئیة
هناک العدید من المنابع الضوئیة. وأکثر هذه المنابع شیوعا هی المنابع الحراریة: وهی عبارة عن جسم یصدر عند درجة حرارة معینة طیفًا مطابقًا لإشعاع الجسم الأسود. ومن الأمثلة على ذلک الطیف (الإشعاع المنبعث من جو الشمس عند ذروة منحنی بلانک حوالی 6000 کلفن من الطیف الکهرومغناطیسی)، المصابیح الکهربائیة المتوهجة (التی تصدر فقط حوالی 7٪ من طاقتها کضوء مرئی والباقی کأشعة تحت الحمراء)، والجزیئات الصلبة المتوهجة فی النیران.
تنزاح الذروة فی طیف الجسم الأسود فی اتجاه مجال الأشعة تحت الحمراء للأجسام الباردة نسبیا مثل البشر. وکلما ازدادت درجة حرارة الجسم (کالحدید المنصهر)، تنزاح الذروة إلى أطوال موجیة أقصر، مولدة أولا توهجًا أحمرًا، ثم توهجًا أبیضًا، وأخیرًا توهجًا أزرقًا حین تنزاح الذروة خارجة من الجزء المرئی من الطیف داخلة إلى مجال الأشعة فوق البنفسجیة. یمکن رؤیة هذه الألوان عند تسخین المعدن إلى درجات حرارة عالیة فنرى اللون الأحمر ثم اللون الأبیض. أما الإصدارات الحراریة الزرقاء فلا یمکن رؤیتها غالبًا. واللون الأزرق الذی نراه فی لهب الغاز أو مشعل اللحام هو فی الواقع نتیجة لانبعاثات جزیئیة، وخصوصًا من جذور CH الحرة (تصدر حزمة موجیة طولها حوالی 425 نانومتر).
تصدر الذرات الضوء وتمتصه عند طاقات ممیزة. مما یولد خیوط الإصدار الذری فی طیف کل ذرة. یمکن للإصدار أن یکون تلقائیا(Spontaneous emission)، کما فی حالة مصباح ثنائی باعث للضوء، ومصباح التفریغ الغازی (مثل مصابیح النیون، ولافتات النیون، ومصابیح بخار الزئبق، وغیرها)، واللهب (ضوء صادر عن الغاز الساخن نفسه، على سبیل المثال، یـُصدر الصودیوم ضوءا أصفرا عند وضعه فی لهب الغاز). ویمکن أیضا أن یکون الإصدار محفزًا، کما هو الحال فی اللیزر أو فی الموجات الدقیقة للمایزر.
تباطؤ الجسیمات المشحونة، مثل الإلکترونات، یمکن أن یُولد إشعاعًا مرئیًا: إشعاع سیکلوترونی، وإشعاع سنکترونی، وأشعة انکباح. الجسیمات الأولیة المتحرکة بسرعة أکبر من سرعة الضوء ضمن وسط ما یمکن أن تولد إشعاع شیرنکوف.
تُولد بعض المواد الکیمیائیة إشعاعًا مرئیًا بعملیة الضیائیة الکیمیائیة. وکذلک فی الأجسام الحیة، تسمى هذه العملیة بالضیائیة الحیویة. فمثلا تقوم الیراعة بتولید الضوء بهذه الطریقة، ویمکن للمراکب المبحرة فی الماء أن تمیز البلانکتون الذی یولد توهجًا ضعیفًا. تقوم بعض المواد بتولید الضوء عندما تضاء بإشعاع ذی طاقة تناسب توزیعها الإلکترونی. تعرف هذه الظاهرة بالفلوریة. وتستخدم فی المصابیح الفلوریة. تصدر بعض المواد الضوء بعد فترة قصیرة من تحفیزها بإشعاع طاقی، وتعرف هذه الظاهرة باسم الفسفوریة .
یمکن تحفیز المواد الفسفوریة بتسلیط جسیمات دون الذریة علیها. والتألق المهبطی (بالإنجلیزیة: Cathodoluminescence) هو أحد الأمثلة على ذلک. هذه الآلیة تستخدم فی الرائی ذو أنبوب الأشعة المهبطیة.
ویوجد آلیات أخرى لإنتاج الضوء:
ومیض
ضیائیة کهربائیة w:en:electroluminescence
ضیائیة صوتیة
ضیائیة احتکاکیة w:en:triboluminescence
إشعاع شیرنکوف
عندما یمتد مفهوم الضوء لیشمل الفوتونات ذات الطاقة العالیة جدًا (أشعة غاما)، فإن آلیات تولید الضوء تشمل أیضًا:
النشاط الإشعاعی
فناء الجسیم – الجسیم المضاد.
میزت هیئة الإضاءة الدولیة بین المنبع الضوئی والمضیاء. المنبع الضوئی هو مصدر فیزیائی للضوء، مثل الشمس والمصابیح، بینما یشیر مصطلح مضیاء إلى توزیع قدرة طیفیة خاص. وبالتالی یمکن توصیف المضیاء مسبقًا، ولکن قد لا یمکننا تصنیعه عملیًا.
نظریات
لقد کان یٌعـتقد حتى نهایة القرن الثامن عشر بأن الضوء شبیه بالصوت ویحتاج إلى وسط مادی حتى ینتقل ویسمى هذا الوسط بالأثیر الذی کان یعرفه العلماء بأنة مادة رقیقة جداً ذات کثافة متناهیة فی الصغر وذلک لتبریر إن الأثیر لا یمکن ملاحظته ولکن تجربة (میکلسون- مورلی) أثبت إن الأثیر غیر موجود.
ففی عام 1905م وضع اینشتاین فرضاً لحل هذه المشکلة والفرض یقول : (إذا کان هناک عدد من الراصدین یتحرکون بسرعة منتظمة کل منهم بالنسبة للآخر وأیضاً بالنسبة للمصدر الضوئی وإذا کل من الراصدین یقیس سرعة الضوء الخارج من المصدر فأنهم جمیعاً سیحصلون على نفس القیمة لسرعة الضوء).
هی نفس فکرة جالیلو عام 1600م وهذا الفرض هو أساس النظریة النسبیة الخاصة والتی استغنت عن فکرة وجود الأثیر. وأثبت أن سرعة الضوء ثابتة فی جمیع المراجع.
نظریة الدقائق لنیوتن
تصور نیوتن أن الجسم المضیء تنبعث منه جسیمات دقیقة کرویة تامة المرونة وتسیر بسرعة منتظمة کبیرة جداً وتختلف من وسط إلى آخر حسب کثافته. وتکون حرکة هذه الجسیمات الکرویة فی خطوط مستقیمة فی الوسط المتجانس الواحد وقد استدل نیوتن على أن الأشعة الضوئیة عندما تصطدم بسطح عاکس فأن زاویة السقوط تساوی زاویة الانعکاس کاصطدام کرة تامة المرونة بسطح أملس مرتدة بحیث زاویة سقوطها تساوی زاویة انعکاسها.
أما فی ظاهرة الانکسار فأنه قد فسره نیوتن عندما تخترق هذه الجسیمات الکرویة الضوئیة أوساطاً مختلفة الکثافة مثل الماء أو الزجاج فأنها تنکسر داخل کل وسط وتنحرف عن المسار المستقیم لها. فعند انتقال الضوء من وسط اقل کثافة مثل الهواء إلى وسط أکثر کثافة مثل الماء فأن الوسط المائی یحرف هذه الجسیمات الضوئیة إلى أسفل ومعنى ذلک أن المرکبة الرأسیة لسرعة الضوء المنکسر سوف تقل بحیث تقترب الجسیمات الکرویة الضوئیة من العمود على السطح الفاصل بین الوسطین.
وبذلک سوف تزداد السرعة المحصلة أی أن سرعة الضوء فی الوسط الکثیف سوف تزداد وتصبح أکبر من سرعة الضوء فی الوسط الخفیف (أی أن سرعة الضوء تعتمد على الکثافة الضوئیة للوسط). وهذا غیر صحیح ویخالف التجارب العلمیة حیث أن سرعة الضوء تکون أکبر ما یمکن فی الفراغ أی تزداد کلما قلت الکثافة للوسط فأن سرعة الضوء فی ذروتها فی الفراغ وبالتالی فشلت نظریة نیوتن فی تفسیر ظاهرة الحیود والتداخل والاستقطاب.
نظریة ماکسویل للموجات الکهرومغناطیسیة
وجد ماکسویل أن الضوء هو موجة کهرومغناطیسیة سرعتها تساوی سرعة الضوء. أی أن الضوء موجات کهرومغناطیسیة ذات طاقة، وقد أتضح أن الشحنة الکهربائیة تولد مجالاً کهربائیاً حولها وهی ساکنة، وتولد مجالاً مغناطیسیاً وهی متحرکة. کذلک التغیر فی المجال الکهربائی یولد مجالاً مغناطیسیاً، وهذا نص قانون (أمبیر). وأن التغیر فی المجال المغناطیسی یولد مجالا کهربائیا وهذا نص قانون (فارادای). هذه الحقیقة هی أصل تکوین الموجات الکهرومغناطیسیة حیث أن شحنة کهربائیة متذبذبة تولد فی الفضاء مجالین کهربائی ومغناطیسی ،أی مجالاً (کهرومغناطیسی) متغیر وهذا المجال یتحرک فی الفراغ بسرعة الضوء نفسها (3exp8 متر /ثانیة) أی 300000 کیلومتر /ثانیة.
C =1/ ((ε.μ) (1/2)) = 3 exp8
أما شدة الضوء (I) أو شدة الموجة الکهرومغناطیسیة فهی (الطاقة فی وحدة الزمن لوحدة المساحة وعمودیة على اتجاه انتشار الموجة) . I= ε. (Eexp2). c
حیث (E) شدة المجال الکهربائی أو المغناطیسی (B).
یحدد المدى التقریبی للطیف الکهرومغناطیسی من موجات الرادیو ذات الطول الموجی الطویل إلى أشعة جاما ذات الطول الموجی القصیر جداً والطاقة العالیة. والضوء المرئی أی الذی یمکن للعین البشریة رصد موجاته یقع بین مدى من فوق البنفسجی إلى تحت الأحمر.ومن الجدیر بالذکر أنة لا توجد حدود تفصل مناطق الطیف من بعضها البعض.
عندما تسقط الموجات الکهرومغناطیسیة على سطح ما وبصورة عمودیة فأن الجسم یمتص تلک الأشعة وأن قوة تسمى قوة الأشعاع تظهر وتحسب من خلال العلاقة التالیة :
F= P/ ©
حیث P هی الطاقة لکل وحدة زمن أی القدرة للموجة الکهرومغناطیسیة الممتصة ویمکن الحصول على P من خلال العلاقة التالیة:
P= (u) / c
حیث u هی الطاقة الکهرومغناطیسیة.
نظریة اینشتاین للفوتون
من أهم العلماء الفیزیائیین الذین قاموا بتفسیر سلوک الضوء حول العالم بلانک الذی درس الطاقة الأشعاعیة المنبعثة من الاجسام الساخنة واستطاع حسابها بالقانون التالی:
E= h. f
حیث (E) هی الطاقة و (h) هو ثابت یسمى ثابت بلانک ویساوی 6.635exp-34 J.s جول.ثانیة. و (f) هو التردد الضوء المنبعث.
وأن الضوء ینبعث على شکل کمات صغیرة سماها الفوتون واقترح اینشتاین على أساس فرض بلانک أن الطاقة فی الحزم الضوئیة تنتشر فی الفراغ بشکل حزم مرکزة من الطاقة وهی الفوتونات ویکون انبعاثها على شکل کمات أی دفعات واقترح أن الضوء المار خلال الفراغ لا یسلک سلوک الموجة إطلاقاَ بل سلوک جسیم الفوتون وبذلک تعارض اینشتاین فی أول الأمر مع مبدأ النظریة الموجیة للضوء التی حققت نتائج مخبریه عظیمة ولکن بعد مرور فترة زمنیة أید اینشتاین فکرة النظریة الموجیة وعارض نفسه أی عارض مبدأ سلوک الجسیمات.
وفی عام 1924م وضع العالم الفرنسی دی بروجلی مبدأ هام جداً وهو المبدأ السائد حتى الآن والذی نال على أثرة شهادة الدکتوراه فی الفیزیاء وینص على: (أن للضوء صفة مزدوجة فهو یسلک سلوک الموجة تحت ظروف معینة - (وهذا یفسر الانعکاس والانکسار والاستقطاب والحیود والتداخل وهذا ما یتفق مع نظریة ماکسویل)- وأن الضوء یسلک سلوک الجسیم (الفوتون) تحت ظروف أخرى -(وهذا یفسر تفاعل الضوء مع المواد والظاهرة الکهروضوئیة وظاهرة کومبتون وغیرها وهذا ما یتفق مع نظریات اینشتاین ونیوتن).
وهذا یعنی أن للمادة صفة مزدوجة فإذا کان لدینا جسم کتلته (m) یتحرک بکمیة حرکة (p) فأن طول الموجة المصاحبة له تعطى من خلال القانون التالی :
λ = (h) / P
ومن وجه نظری فأن هذا القانون مهم جداً وهو محور النظریة الکمیة لاحظ فی القانون أن
P. λ= h
حیث أن (p) تمثل الاعتبارات الجسیمیة(P = m. v حیث v سرعة الجسیم) و(λ) طول الموجة وحاصل ضربهم هو ثابت بلانک (h). ویعنی بشکل أدق أنه یمکن القول بأن حزمة أی حزمة ضوئیة لها تردد وطول موجی ویمکن اعتبارها موجة ویمکن القول أن الحزمة الضوئیة مشکلة من الفوتونات أی لها طاقة حرکة وکمیة حرکة.
النظریة الموجیة الکمیة
لدراسة انتقال الطاقة کحرکة موجیة یتطلب عادة وسط حیث تتذبذب جزیئات الوسط. فالجسیم المتذبذب یؤثر بقوة على جارة فتجعله یتذبذب أیضاً وبهذه الطریقة فأن الحرکة من جسیم إلى آخر وبالتالی یتم انتقال الطاقة الموجیة فی المادة، وهی حالة مشابهة لما یحدث فی الماء عندما تنقل الطاقة إلى الضفة دون أن تنتقل جسیمات الماء نفسه أو انتقال الصوت فی الهواء. وفکرة الأثیر ابتکرت کی یکون هذا الوسط هو الوسط الناقل للضوء بالطریقة السابقة. ولکن الضوء حسب النظریة الکهرومغناطیسیة لا یحتاج إلى وسط فهو یأتی من الشمس أی فی الفراغ الذی لا وسط فیه وبسرعة الضوء المطلقة وبعد ذلک تبین من النظریة الکهرومغناطیسیة أن الموجة الکهرومغناطیسیةعبارة عن تغیر مجالین متوافقین بنفس التردد، أحدهما کهربائی (E) ووالآخر مغناطیسی (B).
وقد عُرّفت جبهة الموجة على أساس ذلک بأنها المحل الهندسی لجمیع النقاط ذات الطور الواحد.
المراجع
^ Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light. Statistical Science 2000, Vol. 15, No. 3, 254–278
^ McDonald, Roderick (1997), Colour Physics for Industry (Second Edition ed.), Society of Dyers and Colourists, p. 99, ISBN 0 901956 70 8
اقرأ أیضا
ضغط إشعاع
موجة کهرومغناطیسیة
طیف
طیف امتصاص
طیف انبعاث
مجموعة خطوط بالمر
مجموعة خطوط رایلی
طاحونة ضوئیة
مطیافیة
مطیافیة الأشعة تحت الحمراء
مطیاف الإلکترونات
مطیافیة الکتلة
مرشح ضوئی
تصنیفان: فیزیاء ضوء
قس انگلیسی
Visible light (commonly referred to simply as light) is electromagnetic radiation that is visible to the human eye, and is responsible for the sense of sight. Visible light has wavelength in a range from about 380 nanometres to about 740 nm. The visible light range is located between the invisible infrared, which is found at longer wavelengths and the invisible ultraviolet, which is found at shorter wavelengths.
Primary properties of visible light are intensity, propagation direction, frequency or wavelength spectrum, and polarisation, while its speed in a vacuum, 299,792,458 meters per second (about 300,000 kilometers per second), is one of the fundamental constants of nature. Visible light, as with all types of electromagnetic radiation (EMR) is experimentally found to move at exactly this same speed in vacuum.
In common with all types of EMR, visible light is emitted and absorbed in tiny "packets" called photons, and exhibits properties of both waves and particles. This property is referred to as the wave–particle duality. The study of light, known as optics, is an important research area in modern physics.
In physics, the term light sometimes refers to electromagnetic radiation of any wavelength, whether visible or not. This article focuses on visible light. See the electromagnetic radiation article for the general term.
Contents
1 Speed of visible light
2 Electromagnetic spectrum
3 Optics
3.1 Refraction
4 Light sources
5 Units and measures
6 Light pressure
7 Historical theories about light, in chronological order
7.1 Classical Greece and Hellenism
7.2 Classical India
7.3 Descartes
7.4 Particle theory
7.5 Wave theory
7.6 Quantum theory
7.7 Electromagnetic theory as explanation for all types of visible light and all EM radiation
8 See also
9 Notes
10 References
Speed of visible light
Main article: Speed of light
The speed of light in a vacuum is defined to be exactly 299,792,458 m/s (approximately 186,282 miles per second). The fixed value of the speed of light in SI units results f
1- پرتو، تابش، تلاء لو، روشنايي، سو، ضياء، فروغ 2- شعاع
تاريكي، ظلمت
light, glory, the light
ضوء، إضاءة، الأضواء، ضوء النهار، منارة، نبراس، مصباح كهربائي، نار، ضياء النهار، نافذة، الشيء الخفيف، ولعة، لمبة، خفيف، فاتح، هين، فاسق، داعر، تافه، طائش، مرح، لطيف، أضاء، وضح، أنار، أشعل، ترجل، أحرق
ışık
la lumière
das licht
la luz
la luce
چراغ، فانوس، اتش، شکوه، افتخار، جلال، عظمت، عزت
مترادف:
1- پرتو، تابش، تلاء لو، روشنايي، سو، ضياء، فروغ
2- شعاع
متضاد:
تاريكي، ظلمت
نمایش تصویر
اطلاعات بیشتر واژه
ترکیب:
(اسم) [عربی، جمع: اَنوار] [قدیمی]
مختصات:
(نَ یا نُ) [ ع . ] (اِ.)
الگوی تکیه:
S
نقش دستوری:
اسم خاص مکان
آواشناسی:
nur
منبع:
واژهنامه آزاد
معادل ابجد:
256
شمارگان هجا:
1
دیگر زبان ها
انگلیسی
light | glory , the light
ترکی
ışık
فرانسوی
la lumière
آلمانی
das licht
اسپانیایی
la luz
ایتالیایی
la luce
عربی
ضوء | إضاءة , الأضواء , ضوء النهار , منارة , نبراس , مصباح كهربائي , نار , ضياء النهار , نافذة , الشيء الخفيف , ولعة , لمبة , خفيف , فاتح , هين , فاسق , داعر , تافه , طائش , مرح , لطيف , أضاء , وضح , أنار , أشعل , ترجل , أحرق
تشریح نگارش (هوش مصنوعی)
کلمه "نور" در زبان فارسی از نظر قواعد نگارشی و دستوری موارد خاصی دارد. در زیر به برخی از این موارد اشاره میکنم:
-
اسم: "نور" به عنوان یک اسم عام و غیر قابل شمارش به کار میرود و به معنی روشنایی و تابش ضوء است.
-
نحو: میتوان "نور" را به عنوان فاعل، مفعول و یا دیگر اجزای جمله به کار برد.
- مثال: "نور خورشید در صبح بسیار زیبا است." (فاعل)
- مثال: "من از نور ماه لذت میبرم." (مفعول)
-
ترکیبها: "نور" میتواند در ترکیب با دیگر واژهها به کار رود.
- مثال: "نورانی" (به معنای پر از نور)
- مثال: "نورگیر" (محل ورود نور)
-
جمع: این کلمه به صورت جمع به کار نمیرود، ولی میتوان از عبارات و ترکیباتی مانند "انواع نورها" یا "منابع نور" استفاده کرد.
- سایر موارد:
- در نگارش، "نور" باید با حروف صحیح و مطابق با اصول نگارشی نوشته شود و از اختصارات یا کلمات غیررسمی پرهیز شود.
- همچنین در متنهای خاص و ادبی، ممکن است به صورت مجازی یا نمادین نیز استفاده شود.
این نکات به طور کلی در ارتباط با کلمه "نور" در زبان فارسی و نگارش آن است. اگر سوال خاصتری دارید یا به مورد خاصی اشاره کنید، خوشحال میشوم بیشتر کمک کنم.
مثال برای واژه (هوش مصنوعی)
- نور خورشید در روزهای آفتابی به روی زمین دلنواز میتابد.
- در تاریکی شب، نور ستارهها آسمان را زیباتر میکند.
- با روشن کردن چراغ، اتاق پر از نور و گرما میشود.
واژگان مرتبط: چراغ، فانوس، اتش، شکوه، افتخار، جلال، عظمت، عزت