شرح بسيط

ما هي الجنة؟

السماء ما لا نهاية. بالنسبة لأي شخص ، السماء هي رمز للنقاء ، لأنه يعتقد أن الله نفسه يعيش هناك. يتجه الناس إلى السماء ، ويطلبون المطر ، أو العكس بالعكس. أي أن السماء ليست مجرد هواء ، فالسماء هي رمز للنقاء والنقاء.

سماء - إنه مجرد هواء ، ذلك الهواء العادي الذي نتنفسه كل ثانية ، ما لا يمكن رؤيته ولمسه لأنه شفاف وخالي من الوزن. لكننا نتنفس هواءً شفافًا ، فلماذا يكتسب مثل هذا اللون الأزرق فوقنا؟ يحتوي الهواء على عدة عناصر ، مثل النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء وجزيئات الغبار المختلفة التي تتحرك باستمرار.

جسديا

في الممارسة العملية ، كما يقول الفيزيائيون ، السماء هي مجرد هواء ملون بأشعة الشمس. ببساطة ، تشرق الشمس على الأرض ، ولكن لهذا يجب أن تمر أشعة الشمس عبر طبقة ضخمة من الهواء تغلف الأرض حرفيًا. وبما أن شعاع الشمس له ألوان عديدة ، أو بالأحرى سبعة ألوان من قوس قزح. بالنسبة لأولئك الذين لا يعرفون ، يجدر التذكير بأن ألوان قوس قزح السبعة هي الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق الفاتح والأزرق والأرجواني.

علاوة على ذلك ، كل شعاع له كل هذه الألوان ، وهو يمر عبر هذه الطبقة من الهواء ، ثم يرش ألوانًا مختلفة من قوس قزح في جميع الاتجاهات ، ولكن اللون الأزرق ينتشر أكثر من أي شيء آخر ، مما يجعل السماء تكتسب اللون الأزرق. باختصار ، السماء الزرقاء عبارة عن رذاذ يعطي شعاعًا مطليًا بهذا اللون.

وعلى سطح القمر

لا يوجد غلاف جوي ، وبالتالي فإن السماء على القمر ليست زرقاء بل سوداء. يرى رواد الفضاء الذين يذهبون إلى المدار سماء سوداء سوداء تتألق عليها الكواكب والنجوم. بالطبع ، تبدو السماء على القمر جميلة جدًا ، لكن ما زلت لا أرغب في رؤية سماء سوداء باستمرار فوق رؤوسنا.

السماء يتغير لونها

السماء ليست زرقاء دائمًا ، فهي تميل إلى تغيير لونها. ربما لاحظ الجميع أنه في بعض الأحيان يكون أبيض ، وأحيانًا أسود مزرق ... لماذا هذا؟ على سبيل المثال ، في الليل ، عندما لا ترسل الشمس أشعتها ، نرى السماء وليست زرقاء ، يبدو الغلاف الجوي لنا شفافًا. ومن خلال الهواء الشفاف يمكن للإنسان أن يرى الكواكب والنجوم. وفي فترة ما بعد الظهر ، سيخفي اللون الأزرق مرة أخرى الفضاء الغامض من أعين المتطفلين.

فرضيات مختلفة لماذا السماء زرقاء؟ (فرضيات جوته ، نيوتن ، علماء القرن الثامن عشر ، رايلي)

تم طرح العديد من الفرضيات في أوقات مختلفة لشرح لون السماء. كتب ليوناردو دافنشي ، ملاحظًا كيف يكتسب الدخان على خلفية الموقد الداكن لونًا مزرقًا: "... يصبح الضوء على الظلام أزرقًا ، وكلما كان الضوء والظلام أكثر جمالا." جوته، الذي لم يكن شاعرًا مشهورًا عالميًا فحسب ، بل كان أيضًا أعظم عالم طبيعي في عصره. ومع ذلك ، ثبت أن هذا التفسير للون السماء لا يمكن الدفاع عنه ، لأنه ، كما أصبح واضحًا لاحقًا ، يمكن أن يؤدي المزج بين الأسود والأبيض إلى درجات اللون الرمادي فقط ، وليس الألوان. يرجع اللون الأزرق للدخان من الموقد إلى عملية مختلفة تمامًا.

بعد اكتشاف التداخل ، خاصة في الأغشية الرقيقة ، نيوتنحاول تطبيق التداخل لشرح لون السماء. للقيام بذلك ، كان عليه أن يعترف بأن قطرات الماء على شكل فقاعات رقيقة الجدران ، مثل فقاعات الصابون. ولكن نظرًا لأن قطرات الماء الموجودة في الغلاف الجوي هي في الواقع كرات ، فإن هذه الفرضية سرعان ما "تنفجر" مثل فقاعة الصابون.

علماء القرن الثامن عشر ماريوت ، بوجر ، أويلر يعتقد أن اللون الأزرق للسماء يرجع إلى اللون الخاص للأجزاء المكونة للهواء. حتى أن هذا التفسير تلقى بعض التأكيد في وقت لاحق ، بالفعل في القرن التاسع عشر ، عندما ثبت أن الأكسجين السائل أزرق ، والأوزون السائل أزرق. الأقرب إلى التفسير الصحيح للون السماء جاء O.B. سوسور. كان يعتقد أنه إذا كان الهواء نظيفًا تمامًا ، فستكون السماء سوداء ، لكن الهواء يحتوي على شوائب تعكس اللون الأزرق في الغالب (على وجه الخصوص ، بخار الماء وقطرات الماء). بحلول النصف الثاني من القرن التاسع عشر. تراكمت ثروة من المواد التجريبية على تشتت الضوء في السوائل والغازات ، على وجه الخصوص ، تم اكتشاف إحدى خصائص الضوء المتناثر القادم من السماء - استقطابها. كان أراغو أول من اكتشفه واستكشفه. كان هذا في عام 1809. لاحقًا ، شارك بابنيت وبروستر وعلماء آخرون في بحث استقطاب السماوات. جذبت مسألة لون السماء انتباه العلماء لدرجة أن التجارب على تشتت الضوء في السوائل والغازات ، والتي كان لها أهمية أوسع بكثير ، تم إجراؤها من زاوية الرؤية "الاستنساخ المختبري للون الأزرق للسماء". "Brücke أو" على اللون الأزرق للسماء ، استقطاب الضوء بواسطة المادة الملبدة بالغيوم بشكل عام "Tyndall. أدت نجاحات هذه التجارب إلى توجيه أفكار العلماء على المسار الصحيح - للبحث عن سبب اللون الأزرق للسماء في تشتت ضوء الشمس في الغلاف الجوي.

كان العالم الإنجليزي رايلي أول من أنشأ نظرية رياضية متماسكة وصارمة عن التشتت الجزيئي للضوء في الغلاف الجوي. كان يعتقد أن تشتت الضوء لا يحدث على الشوائب ، كما اعتقد أسلافه ، ولكن على جزيئات الهواء نفسها. نُشر أول عمل لرايلي حول تشتت الضوء في عام 1871. في شكلها النهائي ، تم تقديم نظريته في التشتت ، القائمة على الطبيعة الكهرومغناطيسية للضوء ، التي تأسست بحلول ذلك الوقت ، في العمل "على الضوء من السماء ، استقطابه ولونه" ، المنشور في 1899 Rayleigh (اسمه الكامل John William Strett ، Lord Rayleigh III) غالبًا ما يطلق عليه Rayleigh Scattering لعمله في مجال تشتت الضوء ، على عكس ابنه اللورد Rayleigh IV. يُطلق على Rayleigh IV اسم Rayleigh Atmospheric لمساهمته الكبيرة في تطوير فيزياء الغلاف الجوي. لشرح لون السماء ، سنقدم واحدة فقط من استنتاجات نظرية رايلي ، وسنشير إلى أخرى عدة مرات عند شرح الظواهر الضوئية المختلفة ، يقول هذا الاستنتاج: إن سطوع أو شدة الضوء المتناثر يتغير بشكل عكسي مع القوة الرابعة من الطول الموجي للضوء الساقط على جسيم مشتت. وبالتالي ، فإن الانتثار الجزيئي حساس للغاية لأدنى تغيير في الطول الموجي للضوء ، على سبيل المثال ، الطول الموجي البنفسجي الأشعة الضوئية (0.4 ميكرون) هي حوالي نصف الطول الموجي للأحمر (0.8 ميكرون). لذلك ، ستشتت الأشعة البنفسجية بقوة 16 مرة أكثر من الأشعة الحمراء ، وبنفس شدة الأشعة الساقطة ، سيكون هناك 16 مرة أكثر في الضوء المتناثر. سيتم تضمين جميع الأشعة الملونة الأخرى من الطيف المرئي (أزرق ، سماوي ، أخضر ، أصفر ، برتقالي) في الضوء المتناثر بكميات تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة لطول الموجة لكل منها. إذا تم خلط جميع الأشعة الملونة المتناثرة بهذه النسبة ، فسيكون لون خليط الأشعة المتناثرة باللون الأزرق.

ضوء الشمس المباشر (أي الضوء المنبعث مباشرة من القرص الشمسي) ، الذي يفقد بشكل أساسي الأشعة الزرقاء والبنفسجية بسبب التشتت ، يكتسب لونًا أصفر باهتًا ، والذي يشتد عندما تنزل الشمس إلى الأفق. الآن يجب أن تسافر الأشعة أكثر فأكثر عبر الغلاف الجوي. على مسار طويل ، يصبح فقدان الموجة القصيرة ، أي البنفسجي ، والأزرق ، والأزرق ، أكثر وضوحًا ، وفي ضوء الشمس المباشر أو القمر ، تصل أشعة الموجة الطويلة بشكل أساسي - الأحمر والبرتقالي والأصفر - إلى سطح الأرض. لذلك ، يصبح لون الشمس والقمر أولاً أصفر ، ثم برتقالي وأحمر. اللون الأحمر للشمس ولون السماء الأزرق هما نتيجتان لنفس عملية التشتت. في الضوء المباشر ، بعد مروره عبر الغلاف الجوي ، تبقى أشعة طويلة الموجة (الشمس الحمراء) ، بينما تسقط الأشعة قصيرة الموجة (السماء الزرقاء) في الضوء المتناثر. لذا فسرت نظرية رايلي بشكل واضح ومقنع لغز السماء الزرقاء والشمس الحمراء.

التشتت الجزيئي الحراري في السماء

لقد اعتدنا جميعًا على حقيقة أن لون السماء هو خاصية متقلبة. ضباب ، غيوم ، وقت من اليوم - كل شيء يؤثر على لون القبة فوق رأسك. تغييره اليومي لا يشغل أذهان معظم البالغين ، وهو ما لا يمكن قوله عن الأطفال. إنهم يتساءلون باستمرار لماذا السماء زرقاء من حيث الفيزياء أو ما لون غروب الشمس باللون الأحمر. دعنا نحاول فهم هذه ليست أبسط الأسئلة.

قابل للتغيير

يجدر بنا أن نبدأ بإجابة على سؤال حول ماهية السماء في الواقع. في العالم القديم ، كان يُنظر إليه حقًا على أنه قبة تغطي الأرض. اليوم ، ومع ذلك ، لا يكاد أي شخص يعرف أنه بغض النظر عن مدى ارتفاع المستكشف الفضولي ، فلن يتمكن من الوصول إلى هذه القبة. السماء ليست شيئًا ، بل هي بانوراما تفتح عند مشاهدتها من سطح الكوكب ، نوعًا من المظهر ، منسوجة من الضوء. علاوة على ذلك ، إذا لاحظت من نقاط مختلفة ، فقد تبدو مختلفة. لذلك ، من الذي يرتفع فوق السحاب ، يفتح منظر مختلف تمامًا عن منظر الأرض في هذا الوقت.

السماء صافية زرقاء ، ولكن بمجرد ظهور السحب ، تتحول إلى اللون الرمادي أو الرصاصي أو الأبيض المصفر. سماء الليل سوداء ، وأحيانًا يمكنك رؤية مناطق حمراء عليها. هذا انعكاس للإضاءة الاصطناعية في المدينة. والسبب في كل هذه التغييرات هو الضوء وتفاعله مع الهواء وجزيئات المواد المختلفة فيه.

طبيعة اللون

للإجابة على سؤال لماذا السماء زرقاء من وجهة نظر الفيزياء ، عليك أن تتذكر ما هو اللون. هذه موجة بطول معين. يُنظر إلى الضوء القادم من الشمس إلى الأرض على أنه أبيض. ومن المعروف من تجارب نيوتن أنها حزمة من سبعة أشعة: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق الفاتح والأزرق والبنفسجي. الألوان تختلف في الطول الموجي. يشمل الطيف الأحمر البرتقالي الموجات الأكثر إثارة للإعجاب في هذه المعلمة. تتميز أجزاء من الطيف بطول موجي قصير. يحدث تحلل الضوء إلى طيف عندما يصطدم بجزيئات من مواد مختلفة ، بينما يمكن امتصاص جزء من الأمواج وتشتت جزئيًا.

تسبب في التحقيق

حاول العديد من العلماء تفسير سبب زرقة السماء من منظور الفيزياء. سعى جميع الباحثين لاكتشاف ظاهرة أو عملية تشتت الضوء في الغلاف الجوي للكوكب بحيث يصل إلينا اللون الأزرق نتيجة لذلك. كان الماء أيضًا المرشح الأول لدور هذه الجسيمات. كان يعتقد أنها تمتص الضوء الأحمر وتنقل اللون الأزرق ، ونتيجة لذلك ، نرى سماء زرقاء. ومع ذلك ، أظهرت الحسابات اللاحقة أن كمية الأوزون وبلورات الجليد وجزيئات بخار الماء في الغلاف الجوي لم تكن كافية لإعطاء السماء لونًا أزرق.

السبب هو التلوث

في المرحلة التالية من البحث ، اقترح جون تيندال أن الغبار يلعب دور الجسيمات المرغوبة. يتمتع الضوء الأزرق بأكبر مقاومة للتشتت ، وبالتالي فهو قادر على المرور عبر جميع طبقات الغبار والجزيئات المعلقة الأخرى. أجرى تيندال تجربة أكدت افتراضه. ابتكر نموذجًا للضباب الدخاني في المختبر وأضاءه بضوء أبيض ساطع. اتخذ الضباب الدخاني صبغة زرقاء. توصل العالم إلى نتيجة لا لبس فيها من بحثه: يتم تحديد لون السماء بواسطة جزيئات الغبار ، أي إذا كان هواء الأرض نظيفًا ، فليس أزرق ، بل سماء بيضاء كانت تتألق فوق رؤوس الناس.

بحث الرب

النقطة الأخيرة في السؤال عن سبب كون السماء زرقاء (من وجهة نظر الفيزياء) طرحها العالم الإنجليزي اللورد دي رايلي. لقد أثبت أنه ليس الغبار أو الضباب الدخاني هو الذي يرسم المساحة العلوية في الظل الذي اعتدنا عليه. يتعلق الأمر بالهواء نفسه. تمتص جزيئات الغاز أكبر الأطوال الموجية وأطولها في المقام الأول ، أي ما يعادل اللون الأحمر. اللون الأزرق يتبدد. هذه هي الطريقة التي يتم بها شرح لون السماء الذي نراه في الطقس الصافي اليوم.

سيلاحظ اليقظ أنه ، وفقًا لمنطق العلماء ، يجب أن تكون القبة فوق رأسك أرجوانية ، لأن هذا اللون له أقصر طول موجي في النطاق المرئي. ومع ذلك ، هذا ليس خطأ: نسبة البنفسج في الطيف أقل بكثير من اللون الأزرق ، والعين البشرية أكثر حساسية لهذا الأخير. في الواقع ، فإن اللون الأزرق الذي نراه هو نتيجة خلط اللون الأزرق مع البنفسجي وبعض الألوان الأخرى.

غروب الشمس والغيوم

يعلم الجميع أنه في أوقات مختلفة من اليوم يمكنك رؤية ألوان مختلفة من السماء. صور أجمل غروب الشمس فوق البحر أو البحيرة خير مثال على ذلك. كل أنواع ظلال الأحمر والأصفر ، جنبًا إلى جنب مع الأزرق والأزرق الداكن ، تجعل هذا المشهد لا ينسى. ويفسر ذلك بنفس تشتت الضوء. الحقيقة هي أنه خلال الغسق والفجر ، يتعين على أشعة الشمس التغلب على مسار أكبر بكثير عبر الغلاف الجوي مما كان عليه خلال ذروة النهار. في هذه الحالة ، ينتشر ضوء الجزء الأزرق والأخضر من الطيف في اتجاهات مختلفة ، وتصبح الغيوم الموجودة على خط الأفق ملونة بظلال حمراء.

عندما تكون السماء مغطاة بالغيوم ، تتغير الصورة تمامًا. غير قادر على التغلب على الطبقة الكثيفة ، ومعظمها ببساطة لا يصل إلى الأرض. تلتقي الأشعة التي تمكنت من المرور عبر السحب بقطرات ماء من المطر والسحب ، مما يؤدي إلى تشويه الضوء مرة أخرى. كنتيجة لكل هذه التحولات ، يصل الضوء الأبيض إلى الأرض ، إذا كانت السحب صغيرة الحجم ، ورماديًا ، عندما تكون السماء مغطاة بغيوم رائعة ، والتي تمتص مرة أخرى جزءًا من الأشعة.

جنة أخرى

أتساءل ماذا على الكواكب الأخرى النظام الشمسي عند النظر إليها من السطح ، يمكنك رؤية السماء ، والتي تختلف كثيرًا عن الأرض. في الأجسام الفضائية ، المحرومة من الغلاف الجوي ، تصل أشعة الشمس بحرية إلى السطح. نتيجة لذلك ، فإن السماء هنا سوداء ، بلا ظل. يمكن رؤية هذه الصورة على القمر وعطارد وبلوتو.

سماء المريخ لها صبغة حمراء برتقالية. والسبب في ذلك يكمن في الغبار الذي يتشبع به الغلاف الجوي للكوكب. وهي مطلية بظلال مختلفة من الأحمر والبرتقالي. عندما تشرق الشمس فوق الأفق ، يتحول لون سماء المريخ إلى اللون الأحمر الزهري ، بينما يظهر الجزء المحيط مباشرة بقرص النجم الأزرق أو حتى الأرجواني.

السماء فوق زحل هي نفس لون الأرض. تمتد سماء الزبرجد فوق أورانوس. السبب يكمن في ضباب الميثان الموجود في الكواكب العليا.

الزهرة مخفية عن أعين الباحثين بطبقة كثيفة من الغيوم. لا يسمح لأشعة الطيف الأزرق والأخضر بالوصول إلى سطح الكوكب ، لذا فإن السماء هنا برتقالية صفراء مع شريط رمادي على طول الأفق.

يكشف استكشاف الفضاء العلوي خلال النهار عن عجائب لا تقل عن استكشاف السماء المرصعة بالنجوم. يساعد فهم العمليات التي تحدث في السحاب وخلفها على فهم سبب الأشياء المألوفة تمامًا للشخص العادي ، والتي ، مع ذلك ، لا يمكن للجميع شرحها على الفور.

فرحة الرؤية والفهم
هي أجمل هدية من الطبيعة.
البرت اينشتاين

لغز الأزرق السماوي

لماذا السماء زرقاء؟ ...

لا يوجد مثل هذا الشخص الذي لم يفكر في الأمر مرة واحدة على الأقل في حياته. لقد حاول مفكرو العصور الوسطى بالفعل شرح أصل لون السماء. اقترح بعضهم أن اللون الأزرق هو اللون الحقيقي للهواء أو بعض الغازات المكونة له. يعتقد البعض الآخر أن اللون الحقيقي للسماء أسود - الطريقة التي تبدو بها في الليل. خلال النهار ، يتم الجمع بين اللون الأسود للسماء والأبيض - أشعة الشمس ، ويتحول ... إلى اللون الأزرق.

الآن ، ربما لن تقابل شخصًا يرغب في الحصول على طلاء أزرق يمزج بين الأسود والأبيض. وكان هناك وقت كانت فيه قوانين خلط الألوان لا تزال غير واضحة. تم تركيبها منذ ثلاثمائة عام فقط بواسطة نيوتن.

أصبح نيوتن مهتمًا أيضًا بسر اللون الأزرق السماوي. بدأ برفض كل النظريات السابقة.

أولاً ، قال ، إن مزيج الأبيض والأسود لا يتشكل أبدًا باللون الأزرق. ثانيًا ، الأزرق ليس اللون الحقيقي للهواء على الإطلاق. إذا كان الأمر كذلك ، فلن تظهر الشمس والقمر عند غروب الشمس باللون الأحمر ، كما هي بالفعل ، ولكن اللون الأزرق. ستبدو قمم الجبال الثلجية البعيدة هكذا.

تخيل أن الهواء ملون. حتى لو كانت ضعيفة جدا. عندها تعمل طبقته السميكة مثل الزجاج الملون. وإذا نظرت من خلال الزجاج المطلي ، فستظهر كل الكائنات بنفس لون هذا الزجاج. لماذا تبدو القمم الثلجية البعيدة وردية اللون بالنسبة لنا وليست زرقاء على الإطلاق؟

في خلاف مع أسلافه ، كانت الحقيقة إلى جانب نيوتن. أثبت أن الهواء غير ملون.

ومع ذلك ، فهو لم يحل لغز السماء الزرقاء. كان قوس قزح مرتبكًا ، وهو من أجمل الظواهر الشعرية في الطبيعة. لماذا تظهر فجأة وتختفي فجأة؟ لم يكن نيوتن راضياً عن الخرافة السائدة: قوس قزح هو علامة من الأعلى ، إنه ينذر بالطقس الجيد. لقد سعى جاهداً للعثور على السبب المادي لكل ظاهرة. كما وجد سبب قوس قزح.

قوس قزح هو نتيجة انكسار الضوء في قطرات المطر. إدراكًا لذلك ، تمكن نيوتن من حساب شكل قوس قزح وشرح تسلسل الألوان في قوس قزح. لم تستطع نظريته أن تفسر فقط ظهور قوس قزح مزدوج ، ولكن كان من الممكن القيام بذلك بعد ثلاثة قرون فقط بمساعدة نظرية معقدة للغاية.

منوم نيوتن نجاح نظرية قوس قزح. لقد افترض خطأً أن اللون الأزرق للسماء وقوس قزح ناتجا عن نفس السبب. يتوهج قوس قزح عندما تخترق أشعة الشمس سربًا من قطرات المطر. لكن السماء الزرقاء مرئية ليس فقط في المطر! على العكس من ذلك ، في الطقس الصافي ، عندما لا يكون هناك حتى تلميح من المطر ، تكون السماء زرقاء بشكل خاص. كيف لم يلاحظ العالم العظيم ذلك؟ اعتقد نيوتن أن أصغر فقاعات الماء ، والتي ، وفقًا لنظريته ، تشكل فقط الجزء الأزرق من قوس قزح ، تطفو في الهواء في أي طقس. لكن هذا كان وهم.

الحل الأول

مر ما يقرب من 200 عام ، وتناول عالم إنجليزي آخر ، رايلي ، هذه القضية ، دون خوف من أن المهمة كانت خارج قوة حتى نيوتن العظيم.

عمل رايلي في مجال البصريات. والأشخاص الذين كرسوا حياتهم لدراسة الضوء يقضون الكثير من الوقت في الظلام. يتداخل الضوء الغريب مع أفضل التجارب ؛ لذلك ، غالبًا ما تكون نوافذ المختبر البصري مغطاة دائمًا بستائر سوداء غير قابلة للاختراق.

قضى رايلي ساعات في مختبره الكئيب وحده مع أشعة الضوء المنبعثة من الأدوات. في مسار الأشعة ، كانت تدور مثل جزيئات الغبار الحية. كانت مضاءة بشكل ساطع وبالتالي برزت على خلفية مظلمة. ربما اتبع العالم لفترة طويلة في التفكير حركاته السلسة ، على غرار الطريقة التي يشاهد بها الشخص مسرحية الشرر في الموقد.

ألم تكن بقع الغبار هذه التي تتراقص في أشعة الضوء هي التي أوحت لرايلي بفكرة جديدة عن أصل لون السماء؟

حتى في العصور القديمة أصبح معروفًا أن الضوء ينتشر في خط مستقيم. كان من الممكن أن يكون هذا الاكتشاف المهم قد تم بواسطة رجل بدائي ، يراقب كيف تسقط أشعة الشمس على الجدران والأرضية من خلال شقوق الكوخ.

لكنه لم يكن منزعجًا من التفكير في سبب رؤيته لأشعة الضوء ، والنظر إليها من الجانب. وهنا يوجد شيء للتفكير فيه. بعد كل شيء ، ضوء الشمس هو شعاع من الفجوة إلى الأرض. تقع عين الراصد على الجانب ومع ذلك ترى هذا الضوء.

كما نرى الضوء من كشاف موجه نحو السماء. هذا يعني أن جزءًا من الضوء ينحرف بطريقة ما عن المسار المباشر ويتم إرساله إلى أعيننا.

ما الذي يجعله يضل؟ اتضح أن بقع الغبار التي يمتلئ بها الهواء. تدخل الأشعة المتناثرة بواسطة ذرة من الغبار إلى أعيننا ، والتي تلتقي بالعوائق وتطفئ الطريق وتنتشر في خط مستقيم من ذرة الغبار المتناثرة إلى أعيننا.

"أليست بقع الغبار هذه هي التي تلون السماء باللون الأزرق؟" اعتقد رايلي ذات مرة. لقد قام بالحسابات ، وتحول التخمين إلى ثقة. وجد تفسيرا للسماء الزرقاء والفجر الأحمر والضباب الأزرق! بالطبع ، أصغر جسيمات الغبار ، التي يقل حجمها عن الطول الموجي للضوء ، تبعثر أشعة الشمس ، وكلما كان طولها الموجي أقصر ، كما أعلن رايلي في عام 1871. وبما أن الأشعة الزرقاء والبنفسجية في الطيف الشمسي المرئي لها أقصر طول موجي ، فإنها تشتت بشدة ، مما يعطي السماء لونًا أزرق.

خضعت الشمس والقمم الثلجية لهذا الحساب بواسطة رايلي. حتى أنهم أكدوا نظرية العالم. عند شروق الشمس وغروبها ، عندما يمر ضوء الشمس عبر أكبر سماكة في الهواء ، تتشتت الأشعة الزرقاء والبنفسجية ، حسب نظرية رايلي ، بشدة. في الوقت نفسه ، تنحرف عن المسار المباشر ولا تقع في عيون المراقب. يرى الراصد أشعة حمراء بشكل أساسي ، وهي مبعثرة بشكل أضعف بكثير. لذلك ، عند شروق الشمس وغروبها ، تبدو لنا الشمس حمراء. للسبب نفسه ، تظهر قمم الجبال الثلجية البعيدة باللون الوردي أيضًا.

بالنظر إلى السماء الصافية ، نرى أشعة زرقاء مزرقة تنحرف عن المسار المستقيم بسبب التشتت والسقوط في أعيننا. والضباب الذي نراه أحيانًا بالقرب من الأفق يبدو لنا أيضًا أزرق.

تافه مزعجة

تفسير جميل ، أليس كذلك؟ لقد كان رايلي نفسه منجذباً إليه ، فقد اندهش العلماء من تناغم النظرية وانتصار رايلي على نيوتن لدرجة أن أياً منهم لم يلاحظ شيئًا واحدًا بسيطًا. وهذا التافه ، مع ذلك ، كان يجب أن يغير تقييمهم تمامًا.

من ينكر أنه بعيدًا عن المدينة ، حيث يوجد غبار أقل بكثير في الهواء ، فإن السماء الزرقاء صافية ومشرقة بشكل خاص؟ كان من الصعب أن ينكر هذا لرايلي نفسه. إذن ... ألا تشتت جزيئات الغبار الضوء؟ ماذا بعد؟

قام مرة أخرى بمراجعة جميع حساباته وتأكد من صحة معادلاته ، لكن هذا يعني أن جزيئات التشتت ليست في الحقيقة جزيئات غبار. بالإضافة إلى ذلك ، فإن جزيئات الغبار الموجودة في الهواء أكبر بكثير من الطول الموجي للضوء ، وقد أقنعت الحسابات رايلي أن تراكمًا كبيرًا منها لا يزيد من زرقة السماء ، بل على العكس من ذلك ، يضعفها. يعتمد تشتت الضوء بواسطة الجسيمات الكبيرة بشكل ضعيف على الطول الموجي وبالتالي لا يتسبب في تغيير لونه.

عندما يتناثر الضوء بواسطة جزيئات كبيرة ، يظل الضوء المتناثر والمنقول أبيض اللون ، وبالتالي فإن ظهور الجسيمات الكبيرة في الهواء يضفي لونًا مائلًا إلى البياض على السماء ، وتراكم عدد كبير من القطرات الكبيرة يسبب اللون الأبيض للسحب والضباب. من السهل التحقق من ذلك على سيجارة عادية. الدخان الخارج منه من جانب الفوهة يبدو دائمًا أبيضًا ، والدخان المتصاعد من نهايته المحترقة له لون مزرق.

أصغر جزيئات الدخان التي تتصاعد فوق نهاية السيجارة المحترقة هي أصغر من الطول الموجي للضوء ، ووفقًا لنظرية رايلي ، فإنها تشتت في المقام الأول البنفسجي والأزرق. ولكن عند المرور عبر قنوات ضيقة في سمك التبغ ، فإن جزيئات الدخان تلتصق ببعضها البعض (تتخثر) ، وتتجمع في كتل أكبر. يصبح الكثير منها أكبر من الأطوال الموجية للضوء ، وتشتت كل موجات الضوء بنفس الطريقة تقريبًا. هذا هو السبب في أن الدخان القادم من جانب الفوهة يبدو أبيض اللون.

نعم ، كان من غير المجدي الجدال والدفاع عن النظرية القائمة على جزيئات الغبار.

لذلك ، ظهر لغز اللون الأزرق للسماء مرة أخرى أمام العلماء. لكن رايلي لم يستسلم. إذا كان لون السماء الأزرق هو أنقى وأكثر إشراقًا ، وكان الجو أنظف ، كما قال ، فلا يمكن أن يكون لون السماء ناتجًا عن أي شيء آخر غير جزيئات الهواء نفسها. وكتب في مقالاته الجديدة أن جزيئات الهواء هي أصغر الجزيئات التي تشتت ضوء الشمس!

كان رايلي حذرا للغاية هذه المرة. قبل توصيل فكرته الجديدة ، قرر اختبارها ، والتحقق بطريقة ما من النظرية بالخبرة.

قدمت القضية نفسها في عام 1906. ساعد رايلي عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي أبوت ، الذي درس الوهج الأزرق للسماء في مرصد جبل ويلسون. من خلال معالجة نتائج قياس سطوع وهج السماء بناءً على نظرية تشتت رايلي ، قام أبوت بحساب عدد الجزيئات الموجودة في كل سنتيمتر مكعب من الهواء. اتضح أنه رقم ضخم! يكفي أن نقول إنه إذا وزعت هذه الجزيئات على كل الناس الذين يسكنون الكرة الأرضية ، فسيحصل كل منهم على أكثر من 10 مليارات من هذه الجزيئات. باختصار ، اكتشف أبوت أن هناك 27 مليار مرة من المليار جزيء في كل سنتيمتر مكعب من الهواء عند درجة الحرارة العادية والضغط الجوي.

يمكن تحديد عدد الجزيئات في السنتيمتر المكعب من الغاز بطرق مختلفة بناءً على ظواهر مختلفة ومستقلة تمامًا. كل منهم يؤدي إلى نتائج متطابقة عن كثب ويعطي رقمًا يسمى رقم Loschmidt.

هذا الرقم معروف جيدًا للعلماء ، وقد استخدم أكثر من مرة كمقياس وضبط في شرح الظواهر التي تحدث في الغازات.

والآن تزامن الرقم الذي حصل عليه أبوت عند قياس توهج السماء بدقة كبيرة مع رقم اللشميت. لكنه استخدم نظرية التشتت لرايلي في حساباته. وهكذا ، أثبت هذا بوضوح أن النظرية صحيحة ، والتشتت الجزيئي للضوء موجود بالفعل.

يبدو أن نظرية رايلي قد تم تأكيدها بشكل موثوق من خلال التجربة ؛ اعتبرها جميع العلماء لا تشوبها شائبة.

أصبحت معروفة بشكل عام ودخلت في جميع كتب البصريات. يمكن للمرء أن يتنفس بهدوء: تم العثور أخيرًا على تفسير للظاهرة - مألوف جدًا وغامض في نفس الوقت.

والمثير للدهشة أنه في عام 1907 ، على صفحات إحدى المجلات العلمية المعروفة ، أثير السؤال مرة أخرى: لماذا السماء زرقاء ؟!

خلاف

من تجرأ على التشكيك في نظرية رايلي المقبولة عمومًا؟

من الغريب أن هذا كان أحد أكثر المعجبين والمعجبين بـ Rayleigh. ربما لم يقدر أحد وفهم رايلي جيدًا ، ولم يكن يعرف عمله جيدًا ، ولم يكن مهتمًا بعمله العلمي بقدر اهتمام الفيزيائي الروسي الشاب ليونيد ماندلستام.

- في طبيعة عقل ليونيد إيزاكوفيتش - استدعى لاحقًا عالمًا سوفيتيًا آخر ، الأكاديمي ن. Papaleksi - كان لديه الكثير من القواسم المشتركة مع Rayleigh. وليس من قبيل المصادفة أن مسارات إبداعهم العلمي غالبًا ما كانت تسير بشكل متوازي ومتقاطعة.

لقد عبروا أنفسهم هذه المرة أيضًا ، حول مسألة أصل لون السماء. قبل ذلك ، كان ماندلستام مولعًا بشكل أساسي بهندسة الراديو. في بداية قرننا ، كان هذا مجالًا جديدًا تمامًا للعلم ، ولم يفهمه سوى عدد قليل من الناس. بعد A.S. مرت سنوات قليلة فقط بوبوف (عام 1895) ، وكان هناك الكثير من العمل هنا. في فترة زمنية قصيرة ، أجرى ماندلستام الكثير من الأبحاث الجادة في مجال التذبذبات الكهرومغناطيسية كما هو مطبق على أجهزة الهندسة الراديوية. في عام 1902 دافع عن أطروحته وحصل في الثالثة والعشرين على درجة الدكتوراه في الفلسفة الطبيعية من جامعة ستراسبورغ.

التعامل مع إثارة موجات الراديو ، درس ماندلستام بشكل طبيعي أعمال رايلي ، الذي كان مرجعًا معترفًا به في دراسة العمليات التذبذبية. والطبيب الشاب تعرف حتما على مشكلة لون السماء.

ولكن ، بعد أن أصبح على دراية بمسألة لون السماء ، لم يكتف ماندلستام بإظهار المغالطة ، أو ، كما قال هو نفسه ، "عدم كفاية" النظرية المقبولة عمومًا عن التشتت الجزيئي للضوء من قبل رايلي ، ولم يكشف فقط عن سر اللون الأزرق للسماء ، بل بدأ أيضًا في الدراسات التي أدت إلى واحدة من أهم اكتشافات الفيزياء في القرن العشرين.

بدأ كل شيء بنزاع بالمراسلة مع أحد أعظم علماء الفيزياء ، والد نظرية الكم ، إم بلانك. عندما تعرف ماندلستام على نظرية رايلي ، استحوذت عليه بتكتمها ومفارقاتها الداخلية ، والتي لم يلاحظها رايلي العجوز ذو الخبرة ، لدهشة الفيزيائي الشاب. تم الكشف بوضوح عن عدم ملاءمة نظرية رايلي بشكل خاص في تحليل نظرية أخرى مبنية عليها من قبل بلانك لشرح توهين الضوء عندما يمر عبر وسط شفاف متجانس بصريًا.

في هذه النظرية ، تم اعتبار أن جزيئات المادة التي يمر الضوء من خلالها هي مصادر موجات ثانوية. وقال بلانك إنه لإنشاء هذه الموجات الثانوية ، يتم إنفاق جزء من طاقة الموجة العابرة ، والتي تضعف بعد ذلك. نرى أن هذه النظرية مبنية على نظرية رايلي للتشتت الجزيئي وتعتمد على سلطتها.

أسهل طريقة لفهم جوهر الأمر هي بفحص الأمواج على سطح الماء. إذا التقت الموجة بأجسام ثابتة أو عائمة (أكوام ، سجلات ، قوارب ، إلخ) ، فإن الموجات الصغيرة تنتشر في جميع الاتجاهات من هذه الكائنات. هذا ليس أكثر من تشتيت. يتم إنفاق جزء من طاقة الموجة الساقطة على إثارة الموجات الثانوية ، والتي تشبه إلى حد بعيد الضوء المتناثر في البصريات. في هذه الحالة ، يتم إضعاف الموجة الأولية - تتلاشى.

يمكن أن تكون الأجسام العائمة أقصر بكثير من الطول الموجي للماء المنتقل. حتى الحبيبات الصغيرة ستسبب موجات ثانوية. بالطبع ، مع انخفاض حجم الجسيمات ، ستضعف الموجات الثانوية التي تولدها ، لكنها ستستمر في امتصاص طاقة الموجة الرئيسية.

هذه هي الطريقة التي تصور بها بلانك تقريبًا عملية إضعاف الموجة الضوئية عندما تمر عبر غاز ، لكن دور الحبوب في نظريته كان يلعبه جزيئات الغاز.

أصبح ماندلستام مهتمًا بهذا العمل.

يمكن أيضًا تفسير سلسلة أفكار ماندلستام باستخدام مثال الأمواج على سطح الماء. تحتاج فقط إلى النظر في الأمر عن كثب. لذلك ، حتى الحبيبات الصغيرة التي تطفو على سطح الماء هي مصادر لموجات ثانوية. ولكن ماذا يحدث إذا تم سكب هذه الحبوب بكثافة بحيث تغطي كامل سطح الماء؟ ثم اتضح أن الموجات الثانوية الفردية الناتجة عن العديد من الحبوب سوف تنثني بطريقة تجعلها تطفئ تمامًا تلك الأجزاء من الأمواج التي تجري إلى الجانبين والعودة ، وسيتوقف التبدد. لن يكون هناك سوى موجة تتقدم للأمام. سوف تتقدم إلى الأمام ، ولن تضعف على الإطلاق. ستكون النتيجة الوحيدة لوجود الكتلة الكاملة للحبوب هي انخفاض طفيف في سرعة انتشار الموجة الأولية. من المهم بشكل خاص ألا يعتمد كل هذا على ما إذا كانت الحبوب ثابتة أو ما إذا كانت تتحرك على طول سطح الماء. سوف يعمل مجموع الحبوب ببساطة كحمل على سطح الماء ، مما يغير كثافة طبقته العليا.

أجرى ماندلستام حسابًا رياضيًا للحالة التي يكون فيها عدد الجزيئات في الهواء كبيرًا جدًا لدرجة أنه حتى في مساحة صغيرة مثل طول الموجة الضوئية ، يتم احتواء عدد كبير جدًا من الجزيئات. اتضح أنه في هذه الحالة ، تتجمع موجات الضوء الثانوية ، التي تثيرها جزيئات فردية متحركة بشكل عشوائي ، بنفس الطريقة التي تتجمع بها الموجات في مثال الحبوب. وهذا يعني أنه في هذه الحالة تنتشر الموجة الضوئية دون تشتت أو توهين ، ولكن بسرعة أقل قليلاً. هذا دحض نظرية رايلي الذي اعتقد أن حركة الجسيمات المتناثرة في جميع الحالات تضمن تشتت الموجات ، وبالتالي دحض نظرية بلانك المبنية عليها.

لذلك تم اكتشاف الرمال تحت أساس نظرية التشتت. اهتز المبنى المهيب بأكمله وهدد بالانهيار.

صدفة

ولكن ماذا عن تحديد رقم Loschmidt من قياسات الوهج الأزرق للسماء؟ بعد كل شيء ، أكدت التجربة نظرية رايلي في التشتت!

كتب ماندلستام في عام 1907 في عمله "يجب اعتبار هذه المصادفة مجرد صدفة".

أظهر ماندلستام أن الحركة المضطربة للجزيئات لا يمكن أن تجعل الغاز متجانسًا. على العكس من ذلك ، يوجد دائمًا في الغاز الحقيقي أصغر تخلخل وتكثف ناتج عن الحركة الحرارية الفوضوية. هم الذين يؤديون إلى تشتت الضوء ، لأنهم ينتهكون التوحيد البصري للهواء. كتب ماندلستام في نفس العمل:

"إذا كان الوسيط غير متجانس بصريًا ، فعندئذ ، بشكل عام ، سوف ينتشر الضوء الساقط على الجانبين."

ولكن نظرًا لأن أبعاد عدم التجانس الناتجة عن الحركة الفوضوية أقل من طول موجات الضوء ، فإن الموجات المقابلة للأجزاء البنفسجية والزرقاء من الطيف ستنتشر بشكل أساسي. وهذا يؤدي ، على وجه الخصوص ، إلى اللون الأزرق للسماء.

لذلك تم حل لغز اللون الأزرق السماوي أخيرًا. تم تطوير الجزء النظري بواسطة رايلي. أسس ماندلستام الطبيعة الفيزيائية للمشتتات.

الميزة العظيمة لماندلستام هي أنه أثبت أن افتراض التجانس التام للغاز لا يتوافق مع حقيقة أن الضوء منتشر فيه. لقد أدرك أن اللون الأزرق للسماء يثبت أن تجانس الغازات واضح فقط. بتعبير أدق ، تظهر الغازات متجانسة فقط عند فحصها بواسطة أدوات خشنة ، مثل مقياس الضغط أو الميزان أو غيرها من الأدوات ، والتي تتأثر في نفس الوقت بعدة بلايين من الجزيئات. لكن شعاع الضوء يستشعر كميات أصغر بما لا يقاس من الجزيئات ، تقاس بعشرات الآلاف فقط. وهذا يكفي لإثبات بما لا جدال فيه أن كثافة الغاز تخضع باستمرار لتغيرات محلية صغيرة. لذلك ، فإن الوسيط المتجانس من وجهة نظرنا "التقريبية" هو في الواقع غير منتظم. من وجهة نظر الضوء ، يبدو غائمًا وبالتالي يشتت الضوء.

التغيرات الموضعية العشوائية في خصائص المادة الناتجة عن الحركة الحرارية للجزيئات تسمى الآن التقلبات. بعد توضيح أصل التذبذب للتشتت الجزيئي للضوء ، مهد ماندلستام الطريق لطريقة جديدة لدراسة المادة - طريقة التقلب أو الإحصاء ، والتي تم تطويرها لاحقًا بواسطة Smolukhovsky و Lorentz و Einstein وهو نفسه في قسم رئيسي جديد للفيزياء - الفيزياء الإحصائية.

يجب أن تكون السماء متلألئة!

لذلك ، تم الكشف عن سر السماء الزرقاء. لكن دراسة تشتت الضوء لم تتوقف عند هذا الحد. من خلال الانتباه إلى التغييرات غير المحسوسة تقريبًا في كثافة الهواء وشرح لون السماء من خلال تذبذب تشتت الضوء ، اكتشف ماندلستام ، بغريزته الحادة للعالم ، ميزة جديدة أكثر دقة لهذه العملية.

بعد كل شيء ، تحدث عدم تجانس الهواء بسبب التقلبات العشوائية في كثافته. يتغير حجم عدم التجانس العشوائي ، وكثافة التكتلات ، بمرور الوقت. لذلك ، رأى العالم أن الشدة يجب أن تتغير أيضًا بمرور الوقت - قوة الضوء المتناثر! بعد كل شيء ، كلما زادت كثافة تكتلات الجزيئات ، زادت كثافة الضوء المتناثر عليها. وبما أن هذه الجلطات تظهر وتختفي بشكل فوضوية ، فإن السماء ، ببساطة ، يجب أن تومض! يجب أن تتغير قوة توهجه ولونه طوال الوقت (ولكن بشكل ضعيف جدًا)! ولكن هل لاحظ أي شخص مثل هذا الوميض؟ بالطبع لا.

هذا التأثير دقيق للغاية بحيث لا يمكنك رؤيته بالعين المجردة.

لم يلاحظ أي من العلماء أيضًا مثل هذا التغيير في وهج السماء. لم تتح لماندلستام نفسه الفرصة للتحقق من استنتاجات نظريته. أعاقت الظروف الهزيلة لروسيا القيصرية تنظيم التجارب الأكثر تعقيدًا في البداية ، ثم بسبب صعوبات السنوات الأولى للثورة والتدخل الأجنبي والحرب الأهلية.

في عام 1925 ، أصبح ماندلستام رئيسًا للقسم في جامعة موسكو. هنا التقى بعالم بارز ومُجرب ماهر غريغوري سامويلوفيتش لاندسبيرغ. وهكذا ، مرتبطًا بصداقة عميقة ومصالح علمية مشتركة ، استمروا معًا في اقتحام الأسرار المخفية في أشعة الضوء الضعيفة المتناثرة.

كانت مختبرات البصريات بالجامعة في تلك السنوات لا تزال فقيرة جدًا في الأدوات. لم يكن هناك جهاز واحد في الجامعة يمكنه اكتشاف وميض السماء أو تلك الفروق الصغيرة في ترددات الضوء الساقط والمشتت والتي تنبأت النظرية بأنها نتيجة هذا الوميض.

ومع ذلك ، هذا لم يوقف الباحثين. لقد تخلوا عن فكرة تقليد السماء في المختبر. لن يؤدي إلا إلى تعقيد تجربة خفية بالفعل. قرروا دراسة ليس تشتت الضوء الأبيض المعقد ، ولكن تشتت الأشعة بتردد واحد محدد بدقة. إذا كانوا يعرفون بالضبط تردد الضوء الساقط ، فسيكون من الأسهل بكثير البحث عن تلك الترددات القريبة منه ، والتي يجب أن تنشأ أثناء التشتت. بالإضافة إلى ذلك ، اقترحت النظرية أن الملاحظات أسهل في التنفيذ في المواد الصلبة ، حيث أن الجزيئات فيها تكون أقرب بكثير من الغازات ، ويكون التشتت أكبر ، وكلما كانت المادة أكثر كثافة.

بدأ بحث شاق عن أنسب المواد. أخيرًا ، وقع الاختيار على بلورات الكوارتز. ببساطة لأن بلورات الكوارتز الشفافة الكبيرة متاحة بسهولة أكثر من أي بلورات أخرى.

استغرقت التجارب التحضيرية عامين ، وتم اختيار عينات البلورات الأكثر نقاءً ، وتم تحسين التقنية ، وتم إنشاء علامات يمكن من خلالها التمييز بلا شك بين التشتت على جزيئات الكوارتز والتشتت على شوائب عشوائية ، وعدم تجانس الكريستال والشوائب.

الذكاء والعمل

نظرًا لعدم وجود أدوات قوية للتحليل الطيفي ، اختار العلماء حلًا مبتكرًا ، والذي كان من المفترض أن يجعل من الممكن استخدام الأدوات المتاحة.

كانت الصعوبة الرئيسية في هذا العمل هي أن ضوءًا أقوى بكثير تم فرضه على الضوء الضعيف الناجم عن التشتت الجزيئي ، المنتشر بواسطة الملوثات الصغيرة والعيوب الأخرى في تلك العينات البلورية التي تم الحصول عليها للتجارب. قرر الباحثون الاستفادة من حقيقة أن الضوء المتناثر الناتج عن عيوب بلورية وانعكاسات من أجزاء مختلفة من التركيب يتطابق تمامًا مع تردد الضوء الساقط. كانوا مهتمين فقط بالضوء مع تغيير التردد وفقًا لنظرية ماندلستام ، وبالتالي كانت المهمة هي تسليط الضوء على ضوء التردد المتغير الناتج عن التشتت الجزيئي على خلفية هذا الضوء الأكثر إشراقًا.

من أجل أن يكون للضوء المتناثر حجمًا متاحًا للتسجيل ، قرر العلماء إضاءة الكوارتز بأقوى جهاز إضاءة متاح لهم: مصباح الزئبق.

لذلك ، يجب أن يتكون الضوء المنتشر في البلورة من جزأين: من ضوء ضعيف بتردد متغير ، بسبب الانتثار الجزيئي (كانت دراسة هذا الجزء هدف العلماء) ، ومن ضوء أقوى بكثير بتردد غير متغير ، ناتج عن أسباب خارجية (كان هذا الجزء ضارًا ، جعل البحث صعبًا).

تنجذب فكرة الطريقة ببساطتها: من الضروري امتصاص الضوء ذي التردد الثابت وتمرير ضوء التردد المتغير فقط إلى الجهاز الطيفي. لكن اختلافات التردد كانت فقط بضعة أجزاء من الألف من النسبة المئوية. لا يوجد مختبر آخر في العالم لديه مرشح قادر على فصل مثل هذه الترددات القريبة. ومع ذلك ، تم العثور على مخرج.

تم تمرير الضوء المتناثر عبر وعاء به بخار الزئبق. ونتيجة لذلك ، فإن كل الضوء "الضار" "عالق" في الوعاء ، والضوء "المفيد" يمر دون توهين ملحوظ. في هذه الحالة ، استفاد المجربون من ظرف واحد معروف بالفعل. ذرة المادة ، وفقًا لفيزياء الكم ، قادرة على إصدار موجات ضوئية بترددات معينة فقط. في نفس الوقت ، هذه الذرة قادرة أيضًا على امتصاص الضوء. علاوة على ذلك ، يمكن فقط لموجات الضوء من تلك الترددات أن يصدرها هو نفسه.

في مصباح الزئبق ، ينبعث الضوء من بخار الزئبق الذي يتوهج تحت تأثير التفريغ الكهربائي الذي يحدث داخل المصباح. إذا تم تمرير هذا الضوء عبر وعاء يحتوي أيضًا على بخار الزئبق ، فسيتم امتصاصه بالكامل تقريبًا. ما تتوقعه النظرية سيحدث: ستمتص ذرات الزئبق في الوعاء الضوء المنبعث من ذرات الزئبق في المصباح.

سوف يمر الضوء من مصادر أخرى ، مثل مصباح النيون ، عبر بخار الزئبق دون أن يصاب بأذى. لن تهتم به ذرات الزئبق. هذا الجزء من ضوء مصباح الزئبق المنتشر في الكوارتز مع تغيير في الطول الموجي لن يتم امتصاصه أيضًا.

كان هذا الظرف الملائم هو الذي استغله ماندلستام ولاندسبيرغ.

اكتشاف مذهل

في عام 1927 بدأت التجارب الحاسمة. أضاء العلماء بلورة الكوارتز بضوء مصباح من الزئبق وقاموا بمعالجة النتائج. و ... لقد فوجئوا.

كانت نتائج التجربة غير متوقعة وغير عادية. لم يجد العلماء ما توقعوه ، وليس ما تنبأت به النظرية. اكتشفوا ظاهرة جديدة تماما. لكن اي واحدة؟ أليس هذا خطأ؟ في الضوء المتناثر ، لم يتم العثور على ترددات متوقعة ، ولكن ترددات أعلى وأقل بكثير. ظهرت مجموعة كاملة من الترددات في طيف الضوء المتناثر ، والتي لم تكن في الضوء الساقط على الكوارتز. كان من المستحيل ببساطة تفسير مظهرهم من خلال عدم التجانس البصري في الكوارتز.

بدأ فحص شامل. أجريت التجارب بشكل لا تشوبه شائبة. لقد تم تصورهم بذكاء وإتقان وذكاء لدرجة أن المرء لا يسعه إلا الإعجاب بهم.

- بشكل جميل وأحيانًا ببراعة ، قام ليونيد إيزاكوفيتش أحيانًا بحل المشكلات الفنية الصعبة للغاية التي كان لدى كل منا سؤال لا إرادي: "لماذا لم يخطر ببالي من قبل؟" - يقول أحد الموظفين.

أكدت تجارب التحكم المختلفة باستمرار عدم وجود خطأ. في صور طيف الضوء المتناثر ، استمرت الخطوط الضعيفة والواضحة تمامًا ، مما يشير إلى وجود ترددات "إضافية" في الضوء المتناثر.

لعدة أشهر ، كان العلماء يبحثون عن تفسير لهذه الظاهرة. من أين أتت الترددات "الغريبة" في الضوء المنتشر ؟!

وجاء اليوم الذي صُدم فيه ماندلستام بتخمين مذهل. لقد كان اكتشافًا رائعًا ، وهو الاكتشاف الذي يعتبر الآن أحد أهم اكتشافات القرن العشرين.

لكن كلا من Mandelstam و Landsberg توصلا إلى قرار بالإجماع بأن هذا الاكتشاف لا يمكن نشره إلا بعد فحص قوي ، بعد اختراق شامل في أعماق هذه الظاهرة. بدأت التجارب النهائية.

بمساعدة الشمس

في 16 فبراير ، قام العلماء الهنود سي. رامان وك. أرسل كريشنان برقية من كلكتا إلى هذه المجلة مع وصف موجز لاكتشافه.

في تلك السنوات ، تدفقت الرسائل حول الاكتشافات المختلفة على مجلة "Priroda" من جميع أنحاء العالم. لكن ليس كل رسالة مقدرة أن تسبب الإثارة بين العلماء. عندما خرجت قضية رسالة من العلماء الهنود من المطبوعات ، كان علماء الفيزياء متحمسين للغاية. أثار عنوان الملاحظة - "نوع جديد من الإشعاع الثانوي" - الاهتمام. بعد كل شيء ، تعد البصريات من أقدم العلوم ، ولم يكن من الممكن في كثير من الأحيان اكتشاف أي شيء غير معروف فيها في القرن العشرين.

يمكن للمرء أن يتخيل مع ما يثير اهتمام علماء الفيزياء في جميع أنحاء العالم بانتظار رسائل جديدة من كلكتا.

كان اهتمامهم مدفوعًا إلى حد كبير بشخصية أحد مؤلفي الاكتشاف ، رامان. هذا رجل ذو مصير فضولي وسيرة ذاتية رائعة ، تشبه إلى حد بعيد آينشتاين. كان أينشتاين في شبابه مدرسًا بسيطًا للألعاب الرياضية ، ثم موظفًا في مكتب براءات الاختراع. خلال هذه الفترة أنهى أهم أعماله. رامان ، عالم فيزيائي لامع ، بعد تخرجه أيضًا من الجامعة ، أُجبر على العمل في قسم المالية لمدة عشر سنوات وبعد ذلك فقط تمت دعوته إلى قسم جامعة كلكتا. سرعان ما أصبح رامان الرئيس المعترف به للمدرسة الهندية للفيزياء.

قبل وقت قصير من وصف الأحداث ، تم حمل رامان وكريشنان بمهمة مثيرة للاهتمام. ثم تسببت المشاعر في عام 1923 من خلال اكتشاف الفيزيائي الأمريكي كومبتون ، الذي اكتشف أثناء دراسته لمرور الأشعة السينية عبر المادة ، أن بعض هذه الأشعة ، المشتتة بعيدًا عن الاتجاه الأصلي ، زادت من طولها الموجي ، ولم تنحسر بعد. ترجمت إلى لغة البصريات ، يمكننا القول أن الأشعة السينية تصطدم بجزيئات المادة ، غيرت لونها.

تم تفسير هذه الظاهرة بسهولة من خلال قوانين فيزياء الكم. لذلك ، كان اكتشاف كومبتون أحد الأدلة الحاسمة على صحة نظرية الكم الحديثة.

شيء مشابه ، لكن في البصريات ، قررنا المحاولة. اكتشف العلماء الهنود. لقد أرادوا تمرير الضوء عبر المادة ورؤية كيف ستنتشر أشعتها على جزيئات المادة وما إذا كان طول الموجة سيتغير.

كما ترون ، طوعا أو كرها ، وضع العلماء الهنود لأنفسهم نفس المهمة التي يقوم بها العلماء السوفييت. لكن أهدافهم كانت مختلفة. في كلكتا ، تم البحث عن تشبيه بصري لتأثير كومبتون. في موسكو - تأكيد تجريبي لتنبؤ ماندلستام بتغيير التردد في تشتت الضوء من خلال عدم التجانس المتذبذب.

تصور رامان وكريشنان تجربة صعبة ، حيث كان التأثير المتوقع صغيرًا للغاية. تتطلب التجربة مصدر ضوء ساطع للغاية. ثم قرروا استخدام الشمس ، وجمع أشعتها بواسطة تلسكوب.

كان قطر عدسته ثمانية عشر سنتيمترا. أرسل الباحثون الضوء الذي تم جمعه من خلال منشور إلى الأوعية التي توضع فيها السوائل والغازات وتنظف بعناية من الغبار والملوثات الأخرى.

لكن كان ميؤوسًا من اكتشاف الاستطالة الصغيرة المتوقعة للضوء المنتثر باستخدام ضوء الشمس الأبيض ، والذي يحتوي تقريبًا على جميع الأطوال الموجية الممكنة. لذلك قرر العلماء استخدام مرشحات الضوء. وضعوا مرشحًا أزرق بنفسجي أمام العدسة ، ولاحظوا الضوء المتناثر من خلال مرشح أصفر-أخضر. لقد قرروا بحق أن ما فاته الفلتر الأول سوف يعلق في الثاني. بعد كل شيء ، يمتص المرشح الأصفر والأخضر الأشعة الزرقاء البنفسجية التي ينقلها الفلتر الأول. وكلاهما ، عند وضعه واحدًا تلو الآخر ، يجب أن يمتص كل الضوء الساقط. إذا دخلت أي أشعة في عين المراقب ، فسيكون من الممكن أن نقول بثقة أنهم لم يكونوا في ضوء الحادث ، ولكنهم ولدوا في المادة قيد الدراسة.

كولومبوس

في الواقع ، في الضوء المنتشر ، وجد رامان وكريشنان أشعة تمر عبر الفلتر الثاني. قاموا بتسجيل ترددات إضافية. هذا ، من حيث المبدأ ، يمكن أن يكون تأثير كومبتون البصري. أي عندما تتشتت بواسطة جزيئات المادة في الأوعية ، يمكن للضوء الأزرق البنفسجي أن يغير لونه ويصبح أصفر-أخضر. لكن هذا لا يزال بحاجة إلى إثبات. قد تكون هناك أسباب أخرى لظهور الضوء الأصفر والأخضر. على سبيل المثال ، يمكن أن يظهر نتيجة اللمعان - وهج ضعيف يحدث غالبًا في السوائل والمواد الصلبة تحت تأثير الضوء والحرارة وأسباب أخرى. من الواضح أنه كان هناك شيء واحد - هذا الضوء ولد مرة أخرى ، ولم يتم احتواؤه في ضوء الحادث.

كرر العلماء تجربتهم مع ستة سوائل مختلفة ونوعين من البخار. لقد تأكدوا من أن لا اللمعان أو الأسباب الأخرى تلعب دورًا هنا.

بدا لرامان وكريشنان أن حقيقة أن الطول الموجي للضوء المرئي قد زاد عندما كان مشتتًا في المادة. بدا أن البحث عنهم تكلل بالنجاح. وجدوا تشبيهًا بصريًا لتأثير كومبتون.

ولكن من أجل أن تكون التجارب ذات شكل مكتمل والاستنتاجات مقنعة بدرجة كافية ، كان لا بد من إنجاز جزء آخر من العمل. لم يكن كافيًا الكشف عن التغير في الطول الموجي. كان من الضروري قياس حجم هذا التغيير. الأول ساعد في صنع مرشح ضوئي. كان عاجزًا عن القيام بالثانية. هنا ، احتاج العلماء إلى مطياف - جهاز يمكنه قياس الطول الموجي للضوء قيد الدراسة.

وبدأ الباحثون الجزء الثاني ، ليس أقل صعوبة ومضنية. لكنها حققت أيضًا توقعاتهم. أكدت النتائج مرة أخرى استنتاجات الجزء الأول من العمل. ومع ذلك ، كان الطول الموجي طويلًا بشكل غير متوقع. أكثر بكثير مما كان متوقعا. لم يشعر الباحثون بالحرج من هذا.

كيف لا أتذكر هنا عن كولومبوس؟ لقد سعى جاهداً لإيجاد طريق بحري إلى الهند ، ورؤية الأرض ، لم يشك في أنه قد حقق هدفه. هل كان لديه سبب للشك في ثقته في مشهد الهنود الحمر والطبيعة غير المألوفة للعالم الجديد؟

ألم يظن رامان وكريشنان ، الساعيان للكشف عن تأثير كومبتون في الضوء المرئي ، أنهما وجداه بفحص الضوء الذي يمر عبر سائلهما وغازاتهما ؟! هل شكوا عندما أظهرت القياسات تغيرًا أكبر بشكل غير متوقع في الطول الموجي للأشعة المتناثرة؟ ما النتيجة التي توصلوا إليها من اكتشافهم؟

وفقًا للعلماء الهنود ، وجدوا ما كانوا يبحثون عنه. في 23 مارس 1928 ، توجهت برقية إلى لندن مع مقال بعنوان "القياس البصري لتأثير كومبتون". كتب العلماء: "وبالتالي ، فإن التشابه البصري لتأثير كومبتون واضح ، باستثناء أننا نتعامل مع تغيير في الطول الموجي أكبر بكثير ..." ملاحظة: "أكبر بكثير ..."

رقصة الذرات

تم الترحيب بعمل رامان وكريشنان بحفاوة بالغة بين العلماء. كان الجميع معجبًا بفنهم التجريبي. لهذا الاكتشاف ، حصل رامان على جائزة نوبل في عام 1930.

تم إرفاق صورة من الطيف بخطاب العلماء الهنود ، حيث أخذت الخطوط أماكنها ، والتي تصور تواتر الضوء الساقط والضوء المنتشر بواسطة جزيئات المادة. توضح هذه الصورة ، وفقًا لرامان وكريشنان ، اكتشافهما بشكل أوضح.

عندما نظر Mandelstam و Landsberg إلى هذه الصورة ، رأوا نسخة مطابقة تقريبًا من الصورة التي التقطوها! لكن عندما تعرفوا على تفسيرها ، أدركوا على الفور أن رامان وكريشنان كانا على خطأ.

لا ، لم يكن العلماء الهنود هم من اكتشفوا تأثير كومبتون ، ولكن ظاهرة مختلفة تمامًا ، نفس الظاهرة التي كان العلماء السوفييت يدرسون لسنوات عديدة ...

بينما كانت الإثارة الناجمة عن اكتشاف العلماء الهنود تتزايد ، كان ماندلستام ولاندسبيرغ يكملان تجارب التحكم ، ويلخصان آخر النتائج الحاسمة.

وفي 6 مايو 1928 ، أرسلوا مقالًا للطباعة. تم إرفاق صورة من الطيف بالمقال.

ولخص بإيجاز تاريخ القضية ، قدم الباحثون تفسيرًا تفصيليًا للظاهرة التي اكتشفوها.

إذن ما هي هذه الظاهرة التي جعلت العديد من العلماء يعانون وتحطم رؤوسهم؟

دفع حدس ماندلستام العميق وعقله التحليلي الواضح العالم على الفور إلى أن التغييرات المكتشفة في تردد الضوء المتناثر لا يمكن أن تكون ناجمة عن تلك القوى بين الجزيئات التي تعادل التكرار العشوائي لكثافة الهواء. أصبح واضحًا للعالم أن السبب يكمن بلا شك في جزيئات المادة نفسها ، وأن هذه الظاهرة ناتجة عن اهتزازات داخل الجزيئية للذرات التي تشكل الجزيء.

تحدث مثل هذه التقلبات بتردد أعلى بكثير من تلك التي تصاحب تكوين وامتصاص عدم التجانس العشوائي للوسط. إن اهتزازات الذرات في الجزيئات هي التي تؤثر على الضوء المشتت. الذرات ، كما كانت ، قم بتمييزها ، وترك آثارها عليها ، وتشفيرها بترددات إضافية.

لقد كان أجمل تخمين ، تدخلاً جريئًا للفكر البشري خارج نطاق حصن صغير من الطبيعة - جزيء. وقد جلبت هذه المعلومات الاستخباراتية أثمن المعلومات حول هيكلها الداخلي.

يدا بيد

لذلك ، عند محاولة اكتشاف تغيير طفيف في تواتر الضوء المتناثر الناتج عن القوى بين الجزيئات ، تم العثور على تغيير أكبر في التردد ناتج عن القوى داخل الجزيئية.

وهكذا ، لشرح الظاهرة الجديدة ، التي سميت بـ "تشتت رامان للضوء" ، كان ذلك كافياً لتكملة نظرية التشتت الجزيئي ، التي ابتكرها ماندلستام ، ببيانات عن تأثير اهتزازات الذرات داخل الجزيئات. تم اكتشاف الظاهرة الجديدة نتيجة تطور فكرة ماندلستام ، التي صاغها في عام 1918.

نعم ، ليس بدون سبب ، حيث أن الأكاديمي S.I. فافيلوف ، "لقد منحت الطبيعة ليونيد إيزاكوفيتش بعقل غير عادي تمامًا ، ومتفهم ، ودقيق ، والذي لاحظ وفهم على الفور الشيء الرئيسي ، الذي مر به الغالبية بلا مبالاة. هكذا تم فهم جوهر تذبذب تشتت الضوء ، وظهرت فكرة تغيير الطيف أثناء تشتت الضوء ، والتي أصبحت أساس اكتشاف تشتت رامان ".

بعد ذلك ، تم الحصول على فوائد هائلة من هذا الاكتشاف ، حيث تلقت تطبيقات عملية قيمة.

في لحظة اكتشافه ، بدا أنه فقط المساهمة الأكثر قيمة للعلم.

ماذا عن رامان وكريشنان؟ كيف كان رد فعلهم على اكتشاف العلماء السوفييت ، وكذلك تجاه اكتشافهم الخاص؟ هل فهموا ما اكتشفوه؟

ترد الإجابة على هذه الأسئلة في الرسالة التالية من رامان وكريشنان ، والتي أرسلوها إلى الصحافة بعد 9 أيام من نشر المقال من قبل العلماء السوفييت. نعم ، لقد فهموا - الظاهرة التي لاحظوها لم تكن تأثير كومبتون. هذا هو تشتت رامان للضوء.

بعد نشر رسالتي رامان وكريشنان ومقالات ماندلستام ولاندسبيرغ ، أصبح من الواضح للعلماء في جميع أنحاء العالم أن الظاهرة نفسها تم إنتاجها ودراستها بشكل مستقل وعملي في وقت واحد في موسكو وكلكتا. لكن علماء الفيزياء في موسكو درسوه في بلورات الكوارتز ، والهنود في السوائل والغازات.

وهذا التوازي بالطبع لم يكن مصادفة. تتحدث عن إلحاح المشكلة وأهميتها العلمية الكبيرة. ليس من المستغرب أن النتائج ، القريبة من استنتاجات ماندلستام ورامان في نهاية أبريل 1928 ، تم الحصول عليها بشكل مستقل من قبل العالمين الفرنسيين روكار وكابان. بعد فترة ، تذكر العلماء أنه في عام 1923 ، تنبأ الفيزيائي التشيكي سميكال نظريًا بالظاهرة نفسها. بعد عمل Smekal ، ظهرت الدراسات النظرية لـ Kramers و Heisenberg و Schrödinger.

من الواضح أن الافتقار إلى المعلومات العلمية فقط يمكن أن يفسر حقيقة أن العلماء في العديد من البلدان عملوا على حل نفس المشكلة دون حتى معرفة ذلك.

بعد سبعة وثلاثين عاما

دراسات تشتت رامان لم تفتح فقط فصلًا جديدًا في علم الضوء. في الوقت نفسه ، قدموا أسلحة قوية للتكنولوجيا. حصلت الصناعة على طريقة رائعة لدراسة خصائص مادة ما.

بعد كل شيء ، ترددات تشتت رامان للضوء هي بصمات يتم فرضها على الضوء بواسطة جزيئات الوسط التي تشتت الضوء. و في مواد مختلفة هذه المطبوعات ليست هي نفسها. هذا ما أعطى الأكاديمي ماندلستام الحق في تسمية تشتت رامان للضوء "لغة الجزيئات". بالنسبة لأولئك الذين يستطيعون قراءة آثار الجزيئات على أشعة الضوء ، وتحديد تكوين الضوء المتناثر ، فإن الجزيئات ، باستخدام هذه اللغة ، ستخبر عن أسرار بنيتها.

لا تحتوي الصورة السلبية لصورة الطيف المركب إلا على خطوط ذات سواد مختلف. ولكن من هذه الصورة ، سيحسب الأخصائي ترددات الاهتزازات الجزيئية التي ظهرت في الضوء المتناثر بعد مروره عبر المادة. ستخبرنا الصورة عن العديد من الجوانب غير المعروفة حتى الآن من الحياة الداخلية للجزيئات: حول بنيتها ، والقوى التي تربط الذرات بجزيئات ، وحول الحركات النسبية للذرات. من خلال تعلم فك رموز مخططات رامان الطيفية ، تعلم الفيزيائيون فهم نوع من "اللغة الخفيفة" التي تستخدمها الجزيئات للتعبير عن نفسها. لذا فإن الاكتشاف الجديد جعل من الممكن اختراق البنية الداخلية للجزيئات بشكل أعمق.

يستخدم الفيزيائيون اليوم نثر رامان لدراسة بنية السوائل والبلورات والمواد الزجاجية. يستخدم الكيميائيون هذه الطريقة لتحديد بنية المركبات المختلفة.

طرق دراسة المادة ، باستخدام ظاهرة تشتت رامان للضوء ، تم تطويرها من قبل العاملين في مختبر P.N. ليبيديف من أكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، برئاسة الأكاديمي لاندسبيرج.

تسمح هذه الطرق ، في معمل المصنع ، بإجراء تحليلات كمية ونوعية بسرعة ودقة لبنزين الطائرات ، والمنتجات المكسورة ، والمنتجات البترولية المكررة والعديد من السوائل العضوية المعقدة الأخرى. للقيام بذلك ، يكفي إلقاء الضوء على المادة قيد الدراسة وتحديد تركيبة الضوء المنتشر بواسطتها باستخدام جهاز قياس الطيف. يبدو بسيطًا جدًا. ولكن قبل أن تصبح هذه الطريقة مناسبة وسريعة حقًا ، كان على العلماء العمل كثيرًا على إنشاء معدات دقيقة وحساسة. وهذا هو السبب.

من إجمالي كمية الطاقة الضوئية التي تدخل المادة قيد الدراسة ، يسقط جزء ضئيل فقط - حوالي واحد من عشرة مليارات - على الضوء المتناثر. ونادرًا ما يمثل تشتت رامان اثنين أو ثلاثة في المائة من هذه القيمة. على ما يبدو ، هذا هو السبب في أن تشتت رامان نفسه ظل دون أن يلاحظه أحد لفترة طويلة. وليس من المستغرب أن الحصول على صور رامان الأولى تطلب تعريضات استمرت عشرات الساعات.

تتيح المعدات الحديثة ، التي تم إنشاؤها في بلدنا ، الحصول على مجموعة من المواد النقية في غضون بضع دقائق ، وأحيانًا ثوانٍ! حتى بالنسبة لتحليل المخاليط المعقدة ، حيث يتم تضمين المواد الفردية بكمية عدة في المائة ، فإن التعرض لمدة لا تزيد عن ساعة عادة ما يكون كافياً.

مرت سبعة وثلاثون عامًا منذ اكتشاف لغة الجزيئات المسجلة على لوحات فوتوغرافية وفك شفرتها وفهمها من قبل ماندلستام ولاندسبيرج ورامان وكريشنان. منذ ذلك الحين ، كان العالم كله يعمل بجد لتجميع "قاموس" للغة الجزيئات ، والذي يطلق عليه علم البصريات كتالوج ترددات رامان. عندما يتم تجميع مثل هذا الكتالوج ، سيتم تسهيل تفسير مخططات الطيف بشكل كبير وسيصبح تشتت رامان للضوء بشكل كامل في خدمة العلم والصناعة.

مؤسسة تعليمية الميزانية البلدية

"مدرسة كيسلوفسكايا الثانوية" بمنطقة تومسك

عمل بحثي

الموضوع: "لماذا لون غروب الشمس أحمر ..."

(تشتت الضوء)

انتهى العمل: ،

طالب من الصف 5A

رئيس؛

مدرس كيمياء

1. مقدمة ………………………………………………………… 3

2. الجزء الرئيسي …………………………………………………؛ 4

3. ما هو الضوء ………………………………………………… .. 4

موضوع الدراسة - غروب الشمس والسماء.

فرضيات البحث:

للشمس أشعة تلون السماء بألوان مختلفة.

يمكن الحصول على اللون الأحمر في ظروف المختبر.

تكمن أهمية موضوعي في حقيقة أنه سيكون ممتعًا ومفيدًا للمستمعين لأن الكثير من الناس ينظرون إلى السماء الزرقاء الصافية ، ويعجبون بها ، والقليل منهم يعرفون لماذا تكون زرقاء جدًا أثناء النهار ، وعند غروب الشمس تكون حمراء وما يعطي مثل هذا اللون له.

2. الجزء الرئيسي

للوهلة الأولى ، يبدو هذا السؤال بسيطًا ، لكنه في الواقع يمس أعمق جوانب انكسار الضوء في الغلاف الجوي. قبل أن تتمكن من فهم الإجابة على هذا السؤال ، يجب أن تكون لديك فكرة عن ماهية الضوء ..jpg "align \u003d" left "height \u003d" 1 src \u003d "\u003e

ما هو الضوء؟

ضوء الشمس هو طاقة. تتحول حرارة أشعة الشمس ، التي تركز عليها العدسة ، إلى نار. ينعكس الضوء والحرارة على الأسطح البيضاء وتمتصها الأسطح السوداء. هذا هو السبب في أن الملابس البيضاء أبرد من الملابس السوداء.

ما هي طبيعة الضوء؟ كان إسحاق نيوتن أول من حاول بجدية دراسة الضوء. كان يعتقد أن الضوء يتكون من جزيئات من الجسيمات ، والتي يتم إطلاقها مثل الرصاص. لكن بعض خصائص الضوء لا يمكن تفسيرها بهذه النظرية.

قدم عالم آخر ، Huygens ، تفسيرًا مختلفًا لطبيعة الضوء. طور نظرية "الموجة" للضوء. كان يعتقد أن الضوء يخلق نبضات ، أو موجات ، بنفس الطريقة التي يُحدث بها الحجر الذي يُلقى في البركة الموجات.

ما هي آراء العلماء اليوم حول أصل الضوء؟ يُعتقد الآن أن موجات الضوء لها خصائص كل من الجسيمات والموجات في نفس الوقت. تجرى التجارب لتأكيد كلتا النظريتين.

يتكون الضوء من فوتونات - جسيمات عديمة الوزن ليس لها كتلة ، وتنتقل بسرعة حوالي 300000 كم / ثانية ولها خصائص موجية. يحدد تواتر الاهتزازات الموجية للضوء لونها. بالإضافة إلى ذلك ، كلما زاد تردد الاهتزاز ، كلما كان الطول الموجي أقصر. كل لون له تردد الاهتزاز وطول الموجة. يتكون ضوء الشمس الأبيض من العديد من الألوان التي يمكن رؤيتها من خلال كسرها من خلال منشور زجاجي.

1. المنشور يتحلل الضوء.

2. الضوء الأبيض معقد.

إذا نظرت عن كثب إلى مرور الضوء عبر منشور مثلث ، يمكنك أن ترى أن تحلل الضوء الأبيض يبدأ بمجرد مرور الضوء من الهواء إلى الزجاج. بدلاً من الزجاج ، يمكنك أن تأخذ مواد أخرى شفافة للضوء.

من اللافت للنظر أن هذه التجربة استمرت لقرون ، ولا تزال منهجيتها مستخدمة في المختبرات دون تغييرات كبيرة.

ديسبيرسيو (خطوط الطول) - التشتت ، التشتت - التشتت

تباين نيوتن.

كان نيوتن أول من درس ظاهرة تشتت الضوء ، ويعتبر من أهم إنجازاته العلمية. لا عجب على شاهدة قبره ، التي أقيمت عام 1731 ومزينة بأشكال لشبان يحملون شعاره الاكتشافات الكبرىأحد الأشكال يحمل منشورًا ، ويحتوي النقش على النصب على عبارة: "لقد بحث في الفرق بين أشعة الضوء والخصائص المختلفة التي تظهر في نفس الوقت ، والتي لم يكن أحد يشك بها من قبل". البيان الأخير ليس دقيقًا تمامًا. كان التشتت معروفًا أيضًا في وقت سابق ، لكن لم تتم دراسته بالتفصيل. بتحسين التلسكوبات ، لفت نيوتن الانتباه إلى حقيقة أن الصورة التي تقدمها العدسة ملونة عند الحواف. قام نيوتن بالتحقيق في الحواف ذات الألوان الانكسارية ، واكتشف اكتشافاته في مجال البصريات.

الطيف المرئي

عندما يتحلل شعاع أبيض في منشور ، يتشكل طيف ينكسر فيه إشعاع بأطوال موجية مختلفة بزوايا مختلفة. الألوان المتضمنة في الطيف ، أي تلك الألوان التي يمكن الحصول عليها عن طريق موجات ضوئية من نفس الطول (أو نطاق ضيق جدًا) ، تسمى الألوان الطيفية. يتم عرض الألوان الطيفية الرئيسية (التي لها أسمائها الخاصة) ، بالإضافة إلى خصائص انبعاث هذه الألوان ، في الجدول:

يجب أن يرتبط كل "لون" في الطيف بموجة ضوئية بطول معين

يمكن الحصول على أبسط فكرة عن الطيف بالنظر إلى قوس قزح. الضوء الأبيض المنكسر في قطرات الماء يشكل قوس قزح ، لأنه يتكون من العديد من الأشعة من جميع الألوان ، وهذه الأشعة تنكسر بطرق مختلفة: الأحمر - الأضعف ، والأزرق والبنفسجي - الأقوى. يدرس علماء الفلك أطياف الشمس والنجوم والكواكب والمذنبات ، حيث يمكن تعلم الكثير من الأطياف.

نيتروجين "href \u003d" / text / category / azot / "rel \u003d" bookmark "\u003e نيتروجين. يتفاعل الضوء الأحمر والأزرق بشكل مختلف مع الأكسجين. نظرًا لأن الطول الموجي للأزرق يعادل حجم ذرة الأكسجين تقريبًا ، ولهذا السبب ، فإن اللون الأزرق يتشتت الضوء بواسطة الأكسجين في اتجاهات مختلفة ، بينما يمر الضوء الأحمر بهدوء عبر طبقة الغلاف الجوي ، في الواقع ، يتشتت الضوء البنفسجي بشكل أكبر في الغلاف الجوي ، لكن العين البشرية أقل عرضة له من الضوء الأزرق. ونتيجة لذلك ، يتضح أن العين يلتقط الشخص من جميع الجهات الضوء الأزرق المتناثر بالأكسجين مما يجعل السماء تبدو زرقاء بالنسبة لنا.

بدون غلاف جوي على الأرض ، ستظهر لنا الشمس كنجم أبيض ناصع ، وتكون السماء سوداء.

0 "style \u003d" border-collapse: collapse؛ border: none "\u003e

ظواهر غير عادية

https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg "alt \u003d" (! LANG: Aurora Borealis" align="left" width="140" height="217 src=">!} الشفق القطبية منذ العصور القديمة ، أعجب الناس بالصورة المهيبة للشفق القطبي وتساءلوا عن أصلهم. تم العثور على واحدة من أقدم إشارات الشفق في أرسطو. في كتابه "الأرصاد الجوية" ، الذي كتب قبل 2300 عام ، يمكن للمرء أن يقرأ: "أحيانًا ، في الليالي الصافية ، تُلاحظ العديد من الظواهر في السماء - فجوات ، فجوات ، وتلون دموي ...

يبدو أن اللهب مشتعل ".

ماذا يتضح شعاع في الليل وميض؟

ماذا تصطدم شعلة رقيقة بالسماء؟

مثل البرق بدون غيوم هائلة

الكفاح من الأرض إلى الذروة؟

كيف يمكن أن تكون هذه كرة مجمدة

هل كان هناك حريق في منتصف الشتاء؟

ما هو الشفق القطبي؟ كيف تتشكل؟

إجابة. الشفق القطبي هو توهج مضيء ناتج عن تفاعل الجسيمات المشحونة (الإلكترونات والبروتونات) التي تطير من الشمس مع ذرات وجزيئات الغلاف الجوي للأرض. إن ظهور هذه الجسيمات المشحونة في مناطق معينة من الغلاف الجوي وعلى ارتفاعات معينة هو نتيجة تفاعل الرياح الشمسية مع المجال المغناطيسي للأرض.

الهباء الجوي "href \u003d" / text / category / ayerozolmz / "rel \u003d" bookmark "\u003e نثر الأيروسول للأتربة والرطوبة ، لذا فهي السبب الرئيسي لتحلل اللون الشمسي (التشتت). في موضع ذروة ، حدوث شعاع الشمس على مكونات الهباء الجوي في الهواء تحدث تقريبًا بزاوية قائمة ، وطبقتها بين عيني الراصد والشمس غير ذات أهمية ، فكلما تنخفض الشمس إلى خط الأفق ، تزداد سماكة طبقة الهواء الجوي ويزداد مقدار تعليق الهباء الجوي فيها ، وتغير أشعة الشمس ، بالنسبة إلى المراقب ، زاوية الوقوع على جزيئات التعليق ، ثم يتم ملاحظة تشتت ضوء الشمس ، لذلك ، كما ذكرنا سابقًا ، يتكون ضوء الشمس من سبعة ألوان أساسية ، ولكل لون ، مثل الموجة الكهرومغناطيسية ، طوله وقدرته على التشتت في الغلاف الجوي. يتم ترتيب الألوان الأساسية للطيف في مقياس بالترتيب ، من الأحمر إلى اللون الأحمر لديه أقل قدرة على التشتت (وبالتالي الامتصاص) في الغلاف الجوي. تشتت جميع الألوان التي تلي اللون الأحمر على المقياس بواسطة مكونات معلق الهباء الجوي وتمتصها. المراقب يرى اللون الأحمر فقط. هذا يعني أنه كلما زادت سماكة طبقة الهواء في الغلاف الجوي ، زادت كثافة المادة العالقة ، كلما زاد انتشار وامتصاص أشعة الطيف. ظاهرة طبيعية معروفة: بعد الانفجار القوي لبركان كراكاتوا في عام 1883 ، لوحظ غروب الشمس الأحمر الساطع بشكل غير عادي في أماكن مختلفة من الكوكب لعدة سنوات. ويرجع ذلك إلى الإطلاق القوي للغبار البركاني في الغلاف الجوي أثناء الثوران.

لا أعتقد أن بحثي سينتهي عند هذا الحد. لا يزال لدي أسئلة. أريد أن أعرف:

ماذا يحدث عندما تمر أشعة الضوء من خلال السوائل والمحاليل المختلفة ؛

كيف ينعكس الضوء ويمتص.

بعد الانتهاء من هذا العمل ، كنت مقتنعًا بمدى المفاجأة والمفيدة للنشاط العملي في ظاهرة انكسار الضوء. كان هذا هو ما سمح لي بفهم سبب لون غروب الشمس باللون الأحمر.

المؤلفات

1. ، الفيزياء. كيمياء. 5-6 سل. كتاب مدرسي. م: بوستارد ، 2009 ، ص .106

2. بولات ظاهرة في الطبيعة. م: التعليم ، 1974 ، 143 ص.

3. "من يصنع قوس قزح؟" - الكم 1988 ، العدد 6 ، ص 46.

4. محاضرات عن البصريات. تاراسوف في الطبيعة. - م: التعليم ، 1988

موارد الإنترنت:

1.http: // بوتومي. رو / لماذا السماء زرقاء؟

2.http: // www. voprosy-kak-i-pochemu. ru لماذا السماء زرقاء؟

3.http: // expirience. ru / فئة / obrazovanie /

ومن المعروف أن السماء الزرقاء - هذا هو سبب تفاعل طبقة الأوزون مع ضوء الشمس. ولكن ما الذي يحدث بالضبط من حيث الفيزياء ولماذا السماء زرقاء؟ كان هناك العديد من النظريات حول هذا الموضوع. كلهم يؤكدون في النهاية أن السبب الرئيسي هو الجو. لكن آلية التفاعل موضحة أيضًا.

الحقيقة الرئيسية هي عن ضوء الشمس. من المعروف أن ضوء الشمس أبيض. الأبيض هو مجموع كل الأطياف... يمكن أن يتحلل إلى قوس قزح (أو أطياف) عند المرور عبر وسط تشتت.

بناءً على هذه الحقيقة ، اقترح العلماء عدة نظريات.

النظرية الأولى فسّر اللون الأزرق بهذا التشتت بواسطة الجزيئات في الغلاف الجوي. كان من المفترض أن كمية كبيرة من الغبار الميكانيكي وجزيئات حبوب اللقاح وبخار الماء وغيرها من المكونات الصغيرة تعمل كوسيط تشتت. نتيجة لذلك ، يصلنا فقط طيف الألوان المزرق. ولكن كيف يمكن أن نفسر إذن أن لون السماء لا يتغير في الشتاء أو في الشمال ، حيث يوجد عدد أقل من هذه الجسيمات أو أن طبيعتها مختلفة؟ تم رفض النظرية بسرعة.

النظرية التالية يفترض أن تدفق الضوء الأبيض يمر عبر الغلاف الجوي ، والذي يتكون من جزيئات. عندما يمر شعاع ضوئي عبر مجالها ، تكون الجسيمات متحمسة. تبدأ الجسيمات المنشطة في إصدار أشعة إضافية. هذا يحول اللون المشمس إلى لون مزرق. بالإضافة إلى التشتت والتشتت الميكانيكي ، ينشط الضوء الأبيض أيضًا جزيئات الغلاف الجوي. هذه الظاهرة تشبه اللمعان. في هذه المرحلة ، هذا التفسير.

أحدث نظرية أبسط ويكفي لشرح السبب الرئيسي للظاهرة. معناه مشابه جدًا للنظريات السابقة. الهواء قادر على تشتيت الضوء عبر الأطياف. هذا هو السبب الرئيسي للتوهج الأزرق. يتشتت الضوء ذو الأطوال الموجية القصيرة بشكل أكثر كثافة من الضوء ذي الطول الموجي القصير. أولئك. البنفسجي منتشر أكثر من الأحمر. هذه الحقيقة تفسر التغير في لون السماء عند غروب الشمس. يكفي تغيير زاوية الشمس. يحدث هذا عندما تدور الأرض ويتغير لون السماء إلى اللون البرتقالي الزهري عند غروب الشمس. كلما ارتفعت الشمس فوق الأفق ، زاد زرقة الضوء الذي نراه. سبب كل شيء هو نفس التشتت أو ظاهرة تحلل الضوء إلى أطياف.

بالإضافة إلى كل هذا ، عليك أن تفهم أنه لا يمكن استبعاد جميع العوامل المذكورة أعلاه. بعد كل شيء ، يقدم كل منهم بعض المساهمة في الصورة العامة. على سبيل المثال ، قبل بضع سنوات في موسكو ، نتيجة ازدهار النباتات بكثرة في الربيع ، تشكلت سحابة كثيفة من حبوب اللقاح. لونت السماء باللون الأخضر. هذه ظاهرة نادرة إلى حد ما ، لكنها تظهر أن النظرية المرفوضة حول الجسيمات الدقيقة في الهواء تحدث أيضًا. صحيح أن هذه النظرية ليست شاملة.