نورشناسی

طبیعت موج های نوری بر مبنای رشته بزرگی از مشاهدات در مورد خصوصیات پدیده های نوری به دست آمده است.

در مطلب قبل دانستید که نور صورتی از انرژی است كه توسط اجسام داغ تابش می شود، حال به طور مختصر درباره نورشناسی صحبت خواهیم کرد.

ماهیت نور
مسئله طبقه بندی نور برای چند سده موضوعی اسرار آمیز بود. یکی از نظریه های اولیه در مورد سرشت نور مربوط به افلاطون است که در قرن های پنجم و چهارم قبل از میلادی می زیست. او فکر می کرد نور از نوارهایی تشکیل شده است که از چشم گسیل می شوند. اقلیدس که تقریباً یک قرن پس از او می زیست، نیز همین عقیده را داشت، از سوی دیگر، فیثاغوریس بر این باور بود که نور به صورت ذراتی بسیار ریز از اجسام درخشان گسیل می شود، در حالی که امپدوکلس قبل از افلاطون گمان می کردند نور از نوعی امواج سریع تشکیل شده است بیش از 2000 سال این پرسش ها که نور از امواج تشکیل شده اند یا ذرات بی پاسخ باقی ماندند.

همان طور که معمولا در سیر تکاملی نظرگاه های علمی پیش می آید، نظریات درباره طبیعت نور با اطلاعات جدید و افزوده شدن داده ها اصلاح شده اند. 
تکامل نظریات درباره طبیعت موجی نور به هویگنس در قرن هفدهم بر می گردد و در قرن هجدهم توسط اویلر، لومونوسوف و فرانکلین تقویت شده است. ولی در خلال این دوره مفاهیم ذره ای نور، که بنابر آنها نور به صورت جریانی از ذرات سریع شناخته می شد (نیوتن)، موثق تر باقی ماند.

فقط در اوایل قرن نوزدهم، طبیعت موجی نور به طور قابل اعتمادی در کارهای فرنل و یانگ ثابت شد. این موج ها تا حدی مشابه امواج کشسانی فرض می شوند که پدیده های صوتی را به وجود می آورند، ولی دو ویژگی مهم امواج نوری را از امواج صوتی متمایز می کردند.

 نور در محیطی منتشر می شود که هوا یا هر رسانه دیگر از آن خارج شده است، در حالی که صوت نمی تواند در خلا منتشر شود. انتشار نور در خلا را می توان در لامپ های التهابی که هوای آنها به خارج پمپ شده است مشاهده کرد.*

دلیل دیگر بر توانایی انتشار نور در خلا امکان مشاهده نور خورشید و ستارگان است که توسط فضایی لایتناهی که مقدار ماده در واحد حجم آن کمتر از خلائی است که اغلب وسایل خلا کامل به وجود می آورند، از ما جدا شده است. بنابر اطلاعات جدید، فضای بین ستاره ای شامل حدود یک اتم در 1 سانتی متر مکعب، در حالی که اغلب وسایل کاملا تخلیه شده بیشتر از 108 اتم یا مولکول در 1 سانتی متر مکعب دارند.

 ویژگی مشخص امواج نوری در مقایسه با امواج صوتی در سرعت انتشار عظیم آنها است. مشاهدات اخترشناسی کسوف اقمار مشتری که توسط رومر انجام گرفت نشان داد که سرعت انتشار نور در فضای آزاد نزدیک به 3 × 108 m/s  است. سرعت نور در هوا عملا همین مقدار است، در حالی که صوت در هوا با سرعتی مساوی یک میلیونیم این مقدار منتشر می شود.
برانگیختگی در شفق سمالی به خوبی نمایان است. الکترون های سریع که از باد خورشیدی سرچشمه می گیرند به اتم ها و مولکول های نیتروژن رنگ قرمز _بنفش و یون های نیتروژن رنگ آبی_ بنفش، کسیل های شفق منحصر به نور مرئی نیست، بلکه شمل تابش فرو سرخ، فرابیفش و پرتو ایکس نیز می شود.

طبیعت الکترومغناطیسی امواج نوری گسیل الکترون ها را از فلزات ملتهب، یعنی به اصطلاح اثر فوتو الکتریک (بخشی از موج نور تابیده بر جسم از آن باز تابیده می شود، بخشی از آن می گذرد و بخشی جذب آن می شود. ولی گاهی قسمتی از این انرژی جذب شده می تواند پدیده های دیگری را نیز باعث شود. اثرهای بسیار مهم نور که کاربردهای علمی وسیعی یافته اند عبارتند از اثر فوتوالکتریک، فوتولیانی و تبدیل های فوتو شیمیایی.) را توضیح می دهد.

پدیده های دیگری نیز وجود دارند که ارتباط بین نور و فرایندهای الکترو مغناطیسی را آشکار می کنند. بر اساس همه این نتایج تجربی و نظری که فعلا موجود است، می توان این واقعیت را پذیرفت که امواج نوری امواج الکترومغناطیسی اند. اجسام نورانی (نظیر خورشید) امواج الکترومغناطیسی (اولیه) گسیل می دارند. با برخورد  این امواج در مسیر خود به یک جسم، این امواج اولیه باعث نوسان های واداشته الکترون های تشکیل دهنده جسم می شوند، که چشمه های امواج الکترومغناطیسی ثانویه اند.

پدیده های نوری مختلف رنگ ها و ضد نورهای اجسام ناشی از برهمنهی امواج اولیه و ثانویه می باشند. بسیاری از ویزگی های پدیده های موجی برای فرایندهای موجی با طبیعت مختلف مشابه اند. نتایج تجربی به دست آمده در قرن بیستم به این نتیجه گیری منجر شده است که فرایندهای نوری به همراه خواص موجی، خواص ذره ای نیز دارند.

در حال حاضر نظریه کوانتومی نظریات موجی و ذره ای در مورد نور را در مجموعه واحدی به هم می پیوندد، درست همان طور که این نظریه مفاهیم مربوط به الکترون ها، اتم ها و سایر ذرات را یکی می کند.

منبع: http://s6.picofile.com
 مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان