لماذا السماء زرقاء. لماذا الشمس صفراء؟ هذه الأسئلة، طبيعية جدًا، ظهرت أمام الإنسان منذ القدم. ومع ذلك، للحصول على تفسير صحيح لهذه الظواهر، استغرق الأمر جهود العلماء البارزين في العصور الوسطى وما بعده، حتى نهاية القرن التاسع عشر.
ما هي الفرضيات الموجودة؟ ما هي الفرضيات التي لم يتم طرحها وقت مختلفلتفسير لون السماء. الفرضية الأولى: لاحظ كيف يكتسب الدخان على خلفية مدفأة داكنة لونًا مزرقًا، كتب ليوناردو دافنشي: ... الخفة على الظلام تصبح زرقاء، كلما كان الضوء والظلام أكثر جمالا " التزم جوته بنفس النقطة تقريبًا منظر، الذي لم يكن شاعرًا مشهورًا عالميًا فحسب، بل كان أيضًا أعظم عالم طبيعي في عصره، ومع ذلك، تبين أن هذا التفسير للون السماء لا يمكن الدفاع عنه، لأنه، كما أصبح واضحًا لاحقًا، خلط الأسود والأبيض. يمكن أن يعطي فقط نغمات رمادية، وليس اللون الأزرق للدخان الناتج عن الموقد هو عملية مختلفة تمامًا.
ما هي الفرضيات الموجودة؟ الفرضية 2 بعد اكتشاف التداخل، ولا سيما في الأغشية الرقيقة، حاول نيوتن تطبيق التداخل لتفسير لون السماء. وللقيام بذلك، كان عليه أن يفترض أن قطرات الماء لها شكل فقاعات رقيقة الجدران، مثل فقاعات الصابون. ولكن بما أن قطرات الماء الموجودة في الغلاف الجوي هي في الواقع كرات، فإن هذه الفرضية سرعان ما تنفجر أيضًا فقاعة صابون.
ما هي الفرضيات الموجودة؟ 3 فرضيات علماء القرن الثامن عشر. اعتقد ماريوت، بوغوير، أويلر أن اللون الأزرق للسماء تم تفسيره من خلال اللون الجوهري للأجزاء المكونة للهواء. حتى أن هذا التفسير تلقى بعض التأكيد في وقت لاحق، بالفعل في القرن التاسع عشر، عندما تم إثبات ذلك الأكسجين السائللونه أزرق، والأوزون السائل أزرق اللون. لقد اقترب O. B. Saussure من التفسير الصحيح للون السماء. كان يعتقد أنه لو كان الهواء نقيًا تمامًا، لكانت السماء سوداء، لكن الهواء يحتوي على شوائب تعكس اللون الأزرق في الغالب (خاصة بخار الماء وقطرات الماء).
نتائج الدراسة: أول من خلق نحيفاً وصارماً النظرية الرياضيةالتشتت الجزيئي للضوء في الغلاف الجوي، كان باللغة الإنجليزية العالم رايلي. وكان يعتقد أن تشتت الضوء لا يحدث على الشوائب، كما كان يعتقد أسلافه، بل على جزيئات الهواء نفسها. ولتفسير لون السماء، نقدم واحدة فقط من استنتاجات نظرية رايلي:
نتائج الدراسة: لون خليط الأشعة المتفرقة سيكون أزرق. ويختلف سطوع أو شدة الضوء المنتثر تناسبا عكسيا مع القوة الرابعة للطول الموجي للضوء الساقط على الجسيم المنتثر. وبالتالي، فإن التشتت الجزيئي حساس للغاية لأدنى تغيير في الطول الموجي للضوء. على سبيل المثال، الطول الموجي للأشعة البنفسجية (0.4 ميكرومتر) يساوي تقريبًا نصف الطول الموجي للأشعة الحمراء (0.8 ميكرومتر). ولذلك فإن الأشعة البنفسجية سوف تتشتت أكثر بـ 16 مرة من الأشعة الحمراء، ومتى كثافة متساويةسيكون هناك 16 مرة أكثر من الأشعة الساقطة في الضوء المتناثر. وجميع الأشعة الملونة الأخرى من الطيف المرئي (الأزرق، السماوي، الأخضر، الأصفر، البرتقالي) ستدخل في الضوء المتناثر بكميات تتناسب عكسيا مع القوة الرابعة للطول الموجي لكل منها. إذا تم الآن خلط جميع الأشعة الملونة المتناثرة بهذه النسبة، فإن لون خليط الأشعة المتناثرة سيكون أزرق
الأدب: س. زفيريفا. في عالم ضوء الشمس.، جيدروميتويزدات، 1988
متعة الرؤية والفهم
هي أجمل هدية من الطبيعة.
البرت اينشتاين
سر السماء الزرقاء
لماذا السماء زرقاء؟...
لا يوجد شخص لم يفكر في هذا الأمر مرة واحدة على الأقل في حياته. لقد حاول مفكرو العصور الوسطى بالفعل شرح أصل لون السماء. ومنهم من اقترح ذلك لون ازرق- هذا اللون الحقيقيالهواء أو أي من الغازات المكونة له. ورأى آخرون أن اللون الحقيقي للسماء هو الأسود، كما تبدو في الليل. وفي النهار يمتزج اللون الأسود للسماء مع اللون الأبيض لأشعة الشمس، وتكون النتيجة... الأزرق.
الآن، ربما لن تقابل شخصًا يرغب في الحصول على طلاء أزرق، ويخلط بين الأسود والأبيض. وكان هناك وقت كانت فيه قوانين خلط الألوان لا تزال غير واضحة. لقد تم تركيبها قبل ثلاثمائة عام فقط بواسطة نيوتن.
أصبح نيوتن مهتمًا بالغموض السماء الزرقاء. بدأ برفض كل النظريات السابقة.
أولاً، قال إن خليط الأبيض والأسود لا ينتج اللون الأزرق أبدًا. ثانيًا، اللون الأزرق ليس اللون الحقيقي للهواء على الإطلاق. ولو كان الأمر كذلك، لما ظهرت الشمس والقمر عند غروب الشمس باللون الأحمر كما هما في الواقع، بل باللون الأزرق. هذا ما ستبدو عليه قمم الجبال الثلجية البعيدة.
تخيل أن الهواء ملون. حتى لو كان ضعيفا جدا. ثم طبقة سميكة منه ستكون بمثابة الزجاج المطلي. وإذا نظرت من خلال الزجاج المطلي، فستبدو جميع الكائنات بنفس لون هذا الزجاج. لماذا تظهر لنا القمم الثلجية البعيدة باللون الوردي، وليس الأزرق على الإطلاق؟
وفي النزاع مع أسلافه، كانت الحقيقة إلى جانب نيوتن. وأثبت أن الهواء غير ملون.
لكنه ما زال لم يحل لغز اللازوردية السماوية. كان في حيرة من أمره أمام قوس قزح، وهو من أجمل الظواهر الشعرية في الطبيعة. لماذا تظهر فجأة وتختفي بشكل غير متوقع؟ لم يكن نيوتن راضيًا عن الخرافة السائدة: قوس قزح هو علامة من الأعلى، تنبئ بالطقس الجيد. لقد سعى للعثور على السبب المادي لكل ظاهرة. كما وجد سبب قوس قزح.
قوس قزح هو نتيجة انكسار الضوء في قطرات المطر. وبعد أن فهم نيوتن ذلك، تمكن من حساب شكل قوس قزح وشرح تسلسل ألوان قوس قزح. لم تتمكن نظريته من تفسير ظهور قوس قزح مزدوج فقط، ولكن تم ذلك بعد ثلاثة قرون فقط بمساعدة نظرية معقدة للغاية.
لقد أدى نجاح نظرية قوس قزح إلى تنويم نيوتن مغناطيسيًا. لقد قرر خطأً أن اللون الأزرق للسماء وقوس قزح ناتجان عن نفس السبب. ينفجر قوس قزح حقًا عندما تخترق أشعة الشمس سربًا من قطرات المطر. لكن زرقة السماء لا تظهر فقط في المطر! على العكس من ذلك، في الطقس الصافي، عندما لا يكون هناك حتى أي تلميح للمطر، تكون السماء زرقاء بشكل خاص. كيف لم يلاحظ العالم العظيم هذا؟ اعتقد نيوتن أن فقاعات الماء الصغيرة، والتي وفقًا لنظريته لا تشكل سوى الجزء الأزرق من قوس قزح، تطفو في الهواء في أي طقس. ولكن هذا كان الوهم.
الحل الأول
لقد مر ما يقرب من 200 عام، وتناول عالم إنجليزي آخر هذه القضية - رايلي، الذي لم يكن خائفا من أن المهمة كانت خارج نطاق قوة حتى نيوتن العظيم.
درس رايلي البصريات. والأشخاص الذين يكرسون حياتهم لدراسة الضوء يقضون الكثير من الوقت في الظلام. يتداخل الضوء الدخيل مع أفضل التجارب، لذلك تكون نوافذ المختبر البصري مغطاة دائمًا بستائر سوداء لا يمكن اختراقها.
بقي رايلي لساعات في مختبره الكئيب بمفرده مع أشعة الضوء المنبعثة من الأجهزة. في طريق الأشعة كانت تدور مثل ذرات الغبار الحية. لقد كانت مضاءة بشكل مشرق وبالتالي برزت على الخلفية المظلمة. ربما قضى العالم وقتًا طويلًا في مراقبة حركاتها السلسة، تمامًا كما يشاهد الشخص لعبة الشرر في المدفأة.
ألم تكن هذه البقع من الغبار المتراقصة في أشعة الضوء هي التي أعطت رايلي فكرة جديدة عن أصل لون السماء؟
حتى في العصور القديمة، أصبح من المعروف أن الضوء ينتقل في خط مستقيم. كان من الممكن أن يتم هذا الاكتشاف المهم من قبل شخص بدائي، حيث لاحظ كيف سقطت أشعة الشمس على الجدران والأرضية، من خلال اختراق شقوق الكوخ.
لكنه لم يكن منزعجًا كثيرًا من فكرة سبب رؤيته اشعة الضوء، ينظر إليهم من الجانب. وهنا هناك شيء للتفكير فيه. بعد كل شيء، شعاع ضوء الشمس من الكراك إلى الأرض. تقع عين المراقب على الجانب ومع ذلك ترى هذا الضوء.
نرى أيضًا ضوءًا من كشاف موجه نحو السماء. وهذا يعني أن جزءًا من الضوء ينحرف بطريقة ما عن المسار المباشر ويوجه إلى أعيننا.
ما الذي يجعله يضل؟ اتضح أن هذه هي نفس بقع الغبار التي تملأ الهواء. تدخل الأشعة المتناثرة بواسطة ذرة من الغبار والأشعة إلى أعيننا، والتي، عند مواجهة العوائق، تنحرف عن الطريق وتنتشر في خط مستقيم من ذرة الغبار المتناثرة إلى أعيننا.
"هل هذه البقع من الغبار هي التي تلون السماء باللون الأزرق؟" - فكر رايلي ذات يوم. لقد أجرى الحسابات وتحول التخمين إلى يقين. وجد تفسيراً للون السماء الأزرق والفجر الأحمر والضباب الأزرق! حسنًا، بالطبع، حبيبات الغبار الصغيرة، التي يكون حجمها أصغر من الطول الموجي للضوء، تشتت ضوء الشمس وكلما كان طول موجته أقصر، كلما كانت أقوى، كما أعلن رايلي في عام 1871. وبما أن الأشعة البنفسجية والزرقاء في الطيف الشمسي المرئي لها أقصر طول موجي، فهي متناثرة بقوة أكبر، مما يعطي السماء لونًا أزرق.
أطاعت الشمس والقمم الثلجية حسابات رايلي هذه. حتى أنهم أكدوا نظرية العالم. عند شروق الشمس وغروبها، عندما يمر ضوء الشمس عبر أكبر سمك للهواء، فإن الأشعة البنفسجية والزرقاء، كما تقول نظرية رايلي، تكون متناثرة بقوة. وفي نفس الوقت ينحرفون عن الصراط المستقيم ولا يلفتون انتباه الناظر. يرى المراقب بشكل رئيسي الأشعة الحمراء، والتي تكون متناثرة بشكل أضعف بكثير. ولهذا السبب تبدو لنا الشمس حمراء عند شروق الشمس وغروبها. ولنفس السبب تظهر قمم الجبال الثلجية البعيدة باللون الوردي.
انظر الى سماء صافية، نرى الأشعة الزرقاء تنحرف بسبب تشتتها طريق مستقيموالدخول في أعيننا. والضباب الذي نراه أحيانًا بالقرب من الأفق يبدو أيضًا أزرق اللون بالنسبة لنا.
تافه مزعج
أليس هذا شرح جميل؟ وكان رايلي نفسه منجرفًا جدًا بها، وكان العلماء مندهشين للغاية من انسجام النظرية وانتصار رايلي على نيوتن، لدرجة أن أحداً منهم لم يلاحظ شيئًا واحدًا بسيطًا. لكن هذا التافه كان ينبغي أن يغير تقييمهم بالكامل.
من سينكر أنه بعيدًا عن المدينة، حيث يوجد غبار أقل بكثير في الهواء، يكون اللون الأزرق للسماء واضحًا ومشرقًا بشكل خاص؟ وكان من الصعب على رايلي نفسه أن ينكر ذلك. إذن... أليست ذرات الغبار هي التي تشتت الضوء؟ ثم ماذا؟
وقام بمراجعة جميع حساباته مرة أخرى وأصبح مقتنعا بأن معادلاته كانت صحيحة، ولكن هذا يعني أن الجسيمات المتناثرة لم تكن في الواقع حبيبات غبار. بالإضافة إلى ذلك، فإن حبيبات الغبار الموجودة في الهواء أطول بكثير من الطول الموجي للضوء، وقد أقنعت الحسابات رايلي بذلك كتلة كبيرةزرقة السماء لا تزيدهم بل على العكس تضعفهم. إن تشتت الضوء بواسطة الجزيئات الكبيرة يعتمد بشكل ضعيف على الطول الموجي وبالتالي لا يسبب تغيراً في لونه.
عندما ينثر الضوء على جسيمات كبيرة، يبقى كل من الضوء المبعثر والمرسل أبيض اللون، ولذلك فإن ظهور جسيمات كبيرة في الهواء يعطي السماء لوناً أبيضاً، وتراكمها كمية كبيرةتتسبب القطرات الكبيرة في ظهور اللون الأبيض للسحب والضباب. من السهل التحقق من ذلك على سيجارة عادية. والدخان الذي يخرج منه من لسان الحال يبدو دائما أبيض اللون، والدخان المتصاعد من نهايته المحترقة يكون لونه مزرقا.
أصغر جزيئات الدخان المتصاعدة من الطرف المحترق للسيجارة تكون أصغر من الطول الموجي للضوء، ووفقًا لنظرية رايلي، تتبعثر في الغالب الألوان البنفسجي والأزرق. ولكن عند المرور عبر قنوات ضيقة في سمك التبغ، تلتصق جزيئات الدخان ببعضها البعض (تتخثر)، وتتحد لتشكل كتلًا أكبر. ويصبح العديد منها أكبر من الأطوال الموجية للضوء، وتقوم بتشتت جميع الأطوال الموجية للضوء بشكل متساوٍ تقريبًا. هذا هو السبب في أن الدخان المنبعث من قطعة الفم يبدو أبيض اللون.
نعم، كان من غير المجدي الجدال والدفاع عن نظرية مبنية على ذرات من الغبار.
لذلك فهو لغزا اللون الأزرقوظهرت السماء مرة أخرى أمام العلماء. لكن رايلي لم يستسلم. وقال إنه إذا كان اللون الأزرق للسماء هو أنقى وأكثر إشراقا وأنظف الغلاف الجوي، فإن لون السماء لا يمكن أن يكون سببه أي شيء آخر غير جزيئات الهواء نفسه. جزيئات الهواء، كما كتب في مقالاته الجديدة، هي تلك جزيئات صغيرة جداالذي ينثر ضوء الشمس!
هذه المرة كان رايلي حذرا للغاية. قبل الإبلاغ عن فكرته الجديدة، قرر اختبارها، لمقارنة النظرية بالتجربة بطريقة أو بأخرى.
الفرصة سنحت نفسها في عام 1906. وقد ساعد رايلي عالم الفيزياء الفلكية الأمريكي أبوت، الذي درس الوهج الأزرق للسماء في مرصد جبل ويلسون. ومن خلال معالجة نتائج قياس سطوع السماء بناءً على نظرية تشتت رايلي، قام أبوت بحساب عدد الجزيئات الموجودة في كل سنتيمتر مكعب من الهواء. وتبين أنه عدد كبير! ويكفي أن نقول أنه لو تم توزيع هذه الجزيئات على كل الشعب الذي يسكنها أرض، فسيحصل الجميع على أكثر من 10 مليارات من هذه الجزيئات. باختصار، اكتشف أبوت أن كل سنتيمتر مكعب من الهواء عند درجة حرارة وضغط الغلاف الجوي العادي يحتوي على 27 مليار مرة مليار جزيء.
يمكن تحديد عدد الجزيئات الموجودة في سنتيمتر مكعب من الغاز بطرق مختلفة بناءً على ظواهر مختلفة ومستقلة تمامًا. تؤدي جميعها إلى نتائج متطابقة بشكل وثيق وتعطي رقمًا يسمى رقم Loschmidt.
وهذا الرقم معروف لدى العلماء، وكان أكثر من مرة بمثابة مقياس وتحكم في تفسير الظواهر التي تحدث في الغازات.
وهكذا فإن الرقم الذي حصل عليه أبوت عند قياس وهج السماء يتطابق مع رقم لوشميدت بدقة كبيرة. لكنه استخدم في حساباته نظرية تشتت رايلي. وهكذا، أثبت هذا بوضوح أن النظرية كانت صحيحة، وأن التشتت الجزيئي للضوء موجود بالفعل.
يبدو أن نظرية رايلي قد تم تأكيدها بشكل موثوق من خلال التجربة؛ واعتبره جميع العلماء خاليًا من العيوب.
أصبح مقبولا بشكل عام وتم إدراجه في جميع الكتب المدرسية للبصريات. يمكن للمرء أن يتنفس بسهولة: أخيرًا تم العثور على تفسير لظاهرة كانت مألوفة جدًا وغامضة في نفس الوقت.
والأمر الأكثر إثارة للدهشة أنه في عام 1907، على صفحات الشهيرة مجلة علميةوطرح السؤال مرة أخرى: لماذا السماء زرقاء؟!.
ينازع
من تجرأ على التشكيك في نظرية رايلي المقبولة عمومًا؟
ومن الغريب أن هذا كان أحد أكثر المعجبين والمعجبين المتحمسين لرايلي. ربما لم يكن أحد يقدر رايلي ويفهمه كثيرًا، ويعرف أعماله جيدًا، ولم يكن مهتمًا بعمله العلمي مثل الفيزيائي الروسي الشاب ليونيد ماندلستام.
"شخصية عقل ليونيد إسحاقوفيتش" - يتذكر عالم سوفيتي آخر، الأكاديمي ن.د. بابالكسي - كان لديه الكثير من القواسم المشتركة مع رايلي. وليس من قبيل الصدفة أن مسارات إبداعهم العلمي غالبًا ما كانت متوازية ومتقاطعة بشكل متكرر.
لقد عبروا هذه المرة أيضًا عن مسألة أصل لون السماء. قبل ذلك، كان ماندلستام مهتمًا بشكل أساسي بهندسة الراديو. في بداية قرننا كان الأمر كذلك على الإطلاق منطقة جديدةالعلم، وقليل من الناس يفهمونه. بعد اكتشاف أ.س. بوبوف (في عام 1895) مرت بضع سنوات فقط، ولم يكن هناك نهاية لنهاية العمل. وفي فترة قصيرة، أجرى ماندلستام الكثير من الأبحاث الجادة في هذا المجال الاهتزازات الكهرومغناطيسيةفيما يتعلق بأجهزة الهندسة الراديوية. في عام 1902 دافع عن أطروحته وحصل في الثالثة والعشرين على درجة الدكتوراه في الفلسفة الطبيعية من جامعة ستراسبورغ.
أثناء تعامله مع قضايا إثارة موجات الراديو، درس ماندلستام بشكل طبيعي أعمال رايلي، الذي كان مرجعًا معترفًا به في الدراسة العمليات التذبذبية. ولا بد أن يتعرف الطبيب الشاب على مشكلة تلوين السماء.
ولكن، بعد أن تعرف على مسألة لون السماء، لم يُظهر ماندلستام المغالطة فحسب، أو، كما قال هو نفسه، "عدم كفاية" نظرية رايلي المقبولة عمومًا لتشتت الضوء الجزيئي، ولم يكشف السر فقط من اللون الأزرق للسماء، ولكنها وضعت أيضًا الأساس للبحث الذي أدى إلى واحدة من أهم الاكتشافاتفيزياء القرن العشرين.
بدأ كل شيء بنزاع غيابي مع أحد كبار الفيزيائيين وهو الأب نظرية الكم، م. بلانك. عندما تعرف ماندلستام على نظرية رايلي، أسرته بتكتمها ومفارقاتها الداخلية، والتي، لمفاجأة الفيزيائي الشاب، لم يلاحظها رايلي العجوز ذو الخبرة العالية. تم الكشف عن قصور نظرية رايلي بشكل خاص عند تحليل نظرية أخرى، مبنية على أساسها بلانك لشرح توهين الضوء عند المرور عبر وسط شفاف متجانس بصريًا.
في هذه النظرية، تم اتخاذ أساس أن جزيئات المادة ذاتها التي يمر عبرها الضوء هي مصادر للموجات الثانوية. ولإنشاء هذه الموجات الثانوية، يقول بلانك، يتم استهلاك جزء من طاقة الموجة المارة، وهو ما يتم إضعافه. ونرى أن هذه النظرية مبنية على نظرية رايلي للتشتت الجزيئي وتعتمد على مرجعيتها.
أسهل طريقة لفهم جوهر الأمر هي النظر إلى الأمواج الموجودة على سطح الماء. إذا واجهت موجة كائنات ثابتة أو عائمة (أكوام، جذوع الأشجار، القوارب، وما إلى ذلك)، فإن الموجات الصغيرة تتناثر في كل الاتجاهات من هذه الأشياء. هذا ليس أكثر من تشتت. يتم إنفاق جزء من طاقة الموجة الساقطة على موجات ثانوية مثيرة، والتي تشبه إلى حد كبير الضوء المبعثر في البصريات. في هذه الحالة، تضعف الموجة الأولية وتتلاشى.
يمكن أن تكون الأجسام العائمة أصغر بكثير من الطول الموجي الذي ينتقل عبر الماء. حتى الحبوب الصغيرة سوف تسبب موجات ثانوية. وبطبيعة الحال، مع انخفاض حجم الجسيمات، تضعف الموجات الثانوية التي تشكلها، لكنها ستظل تسحب طاقة الموجة الرئيسية.
هذه هي الطريقة التقريبية التي تصور بها بلانك عملية إضعاف موجة الضوء أثناء مرورها عبر الغاز، لكن دور الحبوب في نظريته لعبته جزيئات الغاز.
أصبح ماندلستام مهتمًا بعمل بلانك هذا.
يمكن أيضًا تفسير سلسلة أفكار ماندلستام باستخدام مثال الموجات على سطح الماء. تحتاج فقط إلى النظر إليها بعناية أكبر. لذلك، فحتى الحبيبات الصغيرة التي تطفو على سطح الماء تعتبر مصادر للموجات الثانوية. ولكن ماذا سيحدث إذا تم سكب هذه الحبوب بكثافة بحيث تغطي سطح الماء بالكامل؟ ثم يتبين أن الموجات الثانوية الفردية الناجمة عن العديد من الحبوب سوف تتراكم بطريقة ستطفئ أجزاء الموجات التي تمتد إلى الجانبين والخلف تمامًا، وسيتوقف التشتت. كل ما تبقى هو موجة تتقدم للأمام. سوف تتقدم إلى الأمام دون أن تضعف على الإطلاق. والنتيجة الوحيدة لوجود الكتلة الكاملة للحبوب ستكون انخفاضًا طفيفًا في سرعة انتشار الموجة الأولية. من المهم بشكل خاص أن كل هذا لا يعتمد على ما إذا كانت الحبوب ثابتة أو متحركة على سطح الماء. سوف يعمل مجموع الحبوب ببساطة كحمل على سطح الماء، مما يغير كثافة الطبقة العليا.
أجرى ماندلستام حسابًا رياضيًا للحالة التي يكون فيها عدد الجزيئات في الهواء كبيرًا جدًا لدرجة أنه حتى مساحة صغيرة مثل الطول الموجي للضوء تحتوي على عدد كبير جدًا من الجزيئات. اتضح أنه في هذه الحالة، فإن موجات الضوء الثانوية المثارة بواسطة جزيئات فردية تتحرك بشكل فوضوي تتراكم بنفس الطريقة التي تتجمع بها الموجات في مثال الحبوب. وهذا يعني أنه في هذه الحالة تنتشر موجة الضوء دون تشتت أو توهين، ولكن بسرعة أقل قليلاً. وهذا ما دحض نظرية رايلي الذي رأى أن حركة الجسيمات المتناثرة في جميع الأحوال تضمن تشتت الموجات، ولذلك دحض نظرية بلانك المبنية عليها.
وهكذا تم اكتشاف الرمال في ظل أسس نظرية التشتت. الجميع مبنى مهيباهتزت وهددت بالانهيار.
صدفة
ولكن ماذا عن تحديد رقم لوشميدت من قياسات الوهج الأزرق للسماء؟ بعد كل شيء، أكدت التجربة نظرية رايلي في التشتت!
"يجب اعتبار هذه المصادفة عرضية"، كتب ماندلستام عام 1907 في عمله "حول الوسائط المتجانسة بصريًا والعكرة".
أظهر ماندلستام أن الحركة العشوائية للجزيئات لا يمكن أن تجعل الغاز متجانسا. على العكس من ذلك، في الغاز الحقيقي، هناك دائمًا تخلخلات وضغطات صغيرة تتشكل نتيجة للفوضى الحركة الحرارية. إنها التي تؤدي إلى تشتت الضوء، لأنها تنتهك التجانس البصري للهواء. وفي نفس العمل كتب ماندلستام:
"إذا كان الوسط غير متجانس بصريًا، فإن الضوء الساقط سوف ينتشر أيضًا على الجانبين بشكل عام."
ولكن بما أن أحجام عدم التجانس التي تنشأ نتيجة للحركة الفوضوية أصغر من طول موجات الضوء، فإن الموجات المقابلة للأجزاء البنفسجي والأزرق من الطيف سوف تكون متناثرة في الغالب. وهذا يؤدي بشكل خاص إلى اللون الأزرق للسماء.
وهكذا تم حل لغز السماء اللازوردية أخيرًا. الجزء النظريتم تطويره بواسطة رايلي. الطبيعة الفيزيائيةتم تركيب الناشرون بواسطة ماندلستام.
تكمن ميزة ماندلستام العظيمة في حقيقة أنه أثبت أن افتراض التجانس التام للغاز لا يتوافق مع حقيقة تشتت الضوء فيه. وأدرك أن اللون الأزرق للسماء يثبت أن تجانس الغازات كان ظاهريا فقط. وبشكل أكثر دقة، تبدو الغازات متجانسة فقط عند فحصها بأدوات بدائية، مثل البارومتر أو المقاييس أو غيرها من الأدوات التي تتعرض لمليارات عديدة من الجزيئات في وقت واحد. لكن شعاع الضوء يستشعر كميات أصغر من الجزيئات بما لا يقاس، ولا تقاس إلا بعشرات الآلاف. وهذا يكفي لإثبات بما لا يدع مجالاً للشك أن كثافة الغاز تخضع باستمرار لتغيرات محلية صغيرة. ولذلك، فإن الوسيط المتجانس من وجهة نظرنا "التقريبية" هو في الواقع غير متجانس. من "وجهة نظر الضوء" يبدو غائما وبالتالي ينثر الضوء.
تسمى الآن التغيرات المحلية العشوائية في خصائص المادة، الناتجة عن الحركة الحرارية للجزيئات، بالتقلبات. بعد اكتشافه لأصل التذبذب لتشتت الضوء الجزيئي، مهد ماندلستام الطريق لطريقة جديدة لدراسة المادة - التذبذب أو الطريقة الإحصائية، والتي طورها سمولوتشوسكي ولورنتز وأينشتاين ونفسه فيما بعد إلى قسم كبير جديد للفيزياء - الفيزياء الإحصائية .
ينبغي أن السماء وميض!
وبذلك تم الكشف عن سر اللون الأزرق للسماء. لكن دراسة تشتت الضوء لم تتوقف عند هذا الحد. من خلال لفت الانتباه إلى التغيرات غير المحسوسة تقريبًا في كثافة الهواء وتفسير لون السماء من خلال التشتت المتقلب للضوء، اكتشف ماندلستام بإحساسه الشديد كعالم، ميزة جديدة أكثر دقة لهذه العملية.
بعد كل شيء، فإن عدم تجانس الهواء ناتج عن تقلبات عشوائية في كثافته. ويتغير حجم هذه التباينات العشوائية وكثافة الكتل مع مرور الوقت. ولذلك، رأى العالم أن الشدة - قوة الضوء المتناثر - يجب أن تتغير أيضًا بمرور الوقت! بعد كل شيء، كلما زادت كثافة كتل الجزيئات، كلما زادت كثافة الضوء المنتشر عليها. وبما أن هذه الكتل تظهر وتختفي بشكل فوضوي، فإن السماء، ببساطة، يجب أن تتلألأ! قوة توهجه ولونه يجب أن يتغير طوال الوقت (لكن بشكل ضعيف جداً)! ولكن هل لاحظ أحد من قبل مثل هذا الخفقان؟ بالطبع لا.
هذا التأثير دقيق للغاية بحيث لا يمكنك ملاحظته بالعين المجردة.
ولم يلاحظ أي من العلماء مثل هذا التغيير في توهج السماء أيضًا. لم تتح لماندلستام نفسه الفرصة للتحقق من استنتاجات نظريته. تم إعاقة تنظيم التجارب المعقدة في البداية بسبب الظروف السيئة روسيا القيصرية، ومن ثم صعوبات السنوات الأولى للثورة، التدخل الأجنبيوالحرب الأهلية.
في عام 1925، أصبح ماندلستام رئيسًا للقسم في جامعة موسكو. هنا التقى بالعالم المتميز والمجرب الماهر غريغوري سامويلوفيتش لاندسبيرج. وهكذا، ملتزمين بالصداقة العميقة والمصالح العلمية المشتركة، واصلوا معًا هجومهم على الأسرار المخبأة في الأشعة الخافتة للضوء المتناثر.
كانت المختبرات البصرية بالجامعة في تلك السنوات لا تزال فقيرة جدًا في الأجهزة. لم تكن هناك أداة واحدة في الجامعة قادرة على اكتشاف وميض السماء أو تلك الاختلافات الصغيرة في ترددات الضوء الساقط والمتناثر الذي تنبأت النظرية بأنه نتيجة لهذا الوميض.
ومع ذلك، فإن هذا لم يمنع الباحثين. لقد تخلوا عن فكرة محاكاة السماء في بيئة معملية. وهذا من شأنه أن يؤدي فقط إلى تعقيد تجربة خفية بالفعل. قرروا عدم دراسة التشتت الأبيض - ضوء معقدولكن 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 إجراء الملاحظات أسهل المواد الصلبة، حيث أن الجزيئات فيها أقرب بكثير من الغازات، وكلما زادت كثافة المادة، زاد التشتت.
بدأ البحث المضني عن الأكثر مواد مناسبة. وأخيرا وقع الاختيار على بلورات الكوارتز. ببساطة لأن بلورات الكوارتز الكبيرة والواضحة تكون ميسورة التكلفة أكثر من أي شيء آخر.
واستمرت عامين التجارب التحضيرية، تم اختيار أنقى عينات من البلورات، وتم تحسين التقنية، وتم تحديد العلامات التي من خلالها كان من الممكن التمييز بشكل لا جدال فيه بين التشتت على جزيئات الكوارتز والتشتت على شوائب عشوائية وعدم تجانس البلورات والشوائب.
الذكاء والعمل
نظرًا لافتقارهم إلى المعدات القوية للتحليل الطيفي، اختار العلماء حلاً مبتكرًا كان من المفترض أن يجعل من الممكن استخدام الأدوات الموجودة.
كانت الصعوبة الرئيسية في هذا العمل هي أن الضوء الضعيف الناجم عن التشتت الجزيئي تم فرضه بواسطة ضوء أقوى بكثير متناثر بواسطة شوائب صغيرة وعيوب أخرى في العينات البلورية التي تم الحصول عليها للتجارب. وقرر الباحثون الاستفادة من حقيقة أن الضوء المتناثر يتكون من عيوب كريستالية وانعكاسات منها أجزاء مختلفةتتطابق الإعدادات تمامًا مع تردد الضوء الساقط. لقد كانوا مهتمين فقط بالضوء ذي التردد المتغير وفقًا لنظرية ماندلستام، وبالتالي، كانت المهمة هي تسليط الضوء على ضوء التردد المتغير الناتج عن التشتت الجزيئي على خلفية هذا الضوء الأكثر سطوعًا.
وللتأكد من أن الضوء المبعثر له حجم يمكن اكتشافه، قرر العلماء إضاءة الكوارتز بأقوى جهاز إضاءة متاح لهم: مصباح الزئبق.
لذا فإن الضوء المنتشر في البلورة يجب أن يتكون من جزأين: ضوء ضعيف ذو تردد متغير، بسبب التشتت الجزيئي (دراسة هذا الجزء كان هدف العلماء)، وضوء أقوى بكثير، ذو تردد غير متغير، ناجم عن أسباب خارجية (هذا كان الجزء ضارًا، مما جعل البحث صعبًا).
كانت فكرة الطريقة جذابة بسبب بساطتها: من الضروري امتصاص الضوء ذو التردد الثابت وتمرير الضوء ذو التردد المتغير فقط إلى الجهاز الطيفي. لكن فروق التردد لم تكن سوى بضعة أجزاء من الألف من النسبة المئوية. لم يكن لدى أي مختبر في العالم مرشح قادر على فصل مثل هذه الترددات القريبة. ومع ذلك، تم العثور على حل.
تم تمرير الضوء المبعثر عبر وعاء يحتوي على بخار الزئبق. ونتيجة لذلك، "علق" كل الضوء "الضار" في الوعاء، ومرر الضوء "المفيد" دون توهين ملحوظ. استفاد المجربون من ظرف معروف بالفعل. إن ذرة المادة، كما تدعي فيزياء الكم، قادرة على إصدار موجات ضوئية بترددات محددة جدًا فقط. وفي الوقت نفسه، هذه الذرة قادرة على امتصاص الضوء. علاوة على ذلك، فقط موجات الضوء من تلك الترددات التي يمكن أن ينبعث منها هو نفسه.
في مصباح الزئبق، ينبعث الضوء من بخار الزئبق، الذي يتوهج تحت تأثيره التفريغ الكهربائي، يحدث داخل المصباح. وإذا تم تمرير هذا الضوء عبر وعاء يحتوي أيضًا على بخار الزئبق، فسيتم امتصاصه بالكامل تقريبًا. ما تتنبأ به النظرية سيحدث: سوف تمتص ذرات الزئبق الموجودة في الوعاء الضوء المنبعث من ذرات الزئبق الموجودة في المصباح.
الضوء من مصادر أخرى، مثل مصباح النيون، سوف يمر عبر بخار الزئبق دون أن يصاب بأذى. حتى أن ذرات الزئبق لن تهتم بها. وحتى ذلك الجزء من العالم لن يتم استيعابه مصباح الزئبقوالتي تتناثر في الكوارتز مع تغير الطول الموجي.
لقد كان هذا الظرف المناسب هو الذي استفاد منه ماندلستام ولاندسبيرج.
اكتشاف مذهل
في عام 1927، بدأت التجارب الحاسمة. أضاء العلماء بلورة كوارتز بضوء مصباح الزئبق وقاموا بمعالجة النتائج. و...استغربوا.
وكانت نتائج التجربة غير متوقعة وغير عادية. ما اكتشفه العلماء لم يكن على الإطلاق ما توقعوه، وليس ما تنبأت به النظرية. اكتشفوا ظاهرة جديدة تماما. لكن اي واحدة؟ أليس هذا خطأ؟ ولم يكشف الضوء المتناثر عن الترددات المتوقعة، بل ترددات أعلى وأدنى بكثير. ظهرت مجموعة كاملة من الترددات في طيف الضوء المتناثر الذي لم يكن موجودا في الضوء الساقط على الكوارتز. كان من المستحيل ببساطة تفسير مظهرها من خلال عدم التجانس البصري في الكوارتز.
بدأ فحص شامل. تم إجراء التجارب بشكل لا تشوبه شائبة. لقد تم تصورهم على أنهم بارعون ومثاليون ومبدعون بحيث لا يسع المرء إلا أن يعجب بهم.
"في بعض الأحيان كان ليونيد إسحاقوفيتش يحل مشاكل فنية صعبة للغاية بشكل جميل وأحيانًا ببراعة لدرجة أن كل واحد منا طرح السؤال قسراً: "لماذا لم يخطر ببالي هذا من قبل؟" - يقول أحد الموظفين.
متنوع تجارب السيطرةوأكد باستمرار أنه لم يكن هناك خطأ. في صور طيف الضوء المبعثر، ظهرت باستمرار خطوط ضعيفة ولكنها واضحة تمامًا، مما يشير إلى وجود ترددات "إضافية" في الضوء المبعثر.
لعدة أشهر، كان العلماء يبحثون عن تفسير لهذه الظاهرة. أين ظهرت الترددات "الغريبة" في الضوء المبعثر؟!
وجاء اليوم الذي صدم فيه ماندلستام بتخمين مذهل. لقد كان اكتشافًا مذهلاً، وهو نفس الاكتشاف الذي يعتبر الآن أحد أهم اكتشافات القرن العشرين.
لكن كل من ماندلستام ولاندسبيرج توصلا إلى قرار بالإجماع بأن هذا الاكتشاف لا يمكن نشره إلا بعد فحص قوي، بعد اختراق شامل في أعماق الظاهرة. بدأت التجارب النهائية.
بمساعدة الشمس
في 16 فبراير، اكتشف العلماء الهنود سي.ن. رامان وك.س. أرسل كريشنان برقية من كلكتا إلى هذه المجلة مع وصف قصيرمن اكتشافه.
في تلك السنوات، تدفقت رسائل من جميع أنحاء العالم إلى مجلة الطبيعة حول مجموعة متنوعة من الاكتشافات. ولكن ليس كل رسالة مقدر لها أن تثير الإثارة بين العلماء. عندما ظهرت مشكلة رسالة العلماء الهنود، كان الفيزيائيون متحمسين للغاية. عنوان المذكرة وحده هو " نوع جديدالإشعاع الثانوي" - أثار الاهتمام. بعد كل شيء، يعد علم البصريات أحد أقدم العلوم، ولم يكن من الممكن في كثير من الأحيان اكتشاف شيء غير معروف فيه في القرن العشرين.
يمكن للمرء أن يتخيل مدى الاهتمام الذي ينتظره الفيزيائيون في جميع أنحاء العالم للرسائل الجديدة من كلكتا.
كان اهتمامهم مدفوعًا إلى حد كبير بشخصية أحد مؤلفي الاكتشاف، رامان. هذا رجل ذو مصير غريب وسيرة غير عادية، تشبه إلى حد كبير سيرة أينشتاين. كان أينشتاين في شبابه مدرسًا بسيطًا في صالة الألعاب الرياضية، ثم موظفًا في مكتب براءات الاختراع. خلال هذه الفترة أكمل أهم أعماله. رامان، عالم فيزياء لامع، بعد تخرجه من الجامعة أيضًا، أُجبر على العمل في القسم المالي لمدة عشر سنوات وبعد ذلك فقط تمت دعوته إلى قسم جامعة كلكتا. وسرعان ما أصبح رامان رئيسًا معترفًا به لمدرسة الفيزيائيين الهندية.
قبل وقت قصير من وصف الأحداث، أصبح رامان وكريشنان مهتمين بمهمة غريبة. في ذلك الوقت، لم تكن المشاعر الناجمة عن الاكتشاف في عام 1923 قد هدأت بعد عالم فيزياء أمريكيكومبتون، الذي اكتشف، أثناء دراسته لمرور الأشعة السينية عبر المادة، أن بعض هذه الأشعة، التي تنتشر بعيدًا عن الاتجاه الأصلي، تزيد من طول موجتها. إذا ترجمنا ذلك إلى لغة البصريات، يمكننا القول أن الأشعة السينية، التي تصطدم بجزيئات المادة، تغير "لونها".
تم تفسير هذه الظاهرة بسهولة من خلال القوانين فيزياء الكم. ولذلك، كان اكتشاف كومبتون أحد الأدلة الحاسمة على صحة نظرية الكم الناشئة.
قررنا تجربة شيء مماثل، ولكن في مجال البصريات. اكتشفه العلماء الهنود. لقد أرادوا تمرير الضوء عبر مادة ما ومعرفة كيف ستنتشر أشعتها على جزيئات المادة وما إذا كان طول موجتها سيتغير.
كما ترون، عن طيب خاطر أو عن غير قصد، وضع العلماء الهنود أنفسهم نفس مهمة العلماء السوفييت. لكن أهدافهم كانت مختلفة. في كلكتا، كانوا يبحثون عن تشبيه بصري لتأثير كومبتون. في موسكو - تأكيد تجريبي لتنبؤ ماندلستام بالتغير في التردد عندما ينثر الضوء بسبب عدم التجانس المتقلب.
صمم رامان وكريشنان تجربة معقدة لأن التأثير المتوقع كان صغيرًا للغاية. تطلبت التجربة مصدر ضوء ساطعًا جدًا. ومن ثم قرروا استخدام الشمس، وجمع أشعتها باستخدام التلسكوب.
وكان قطر عدستها ثمانية عشر سنتيمترا. قام الباحثون بتوجيه الضوء المجمع من خلال منشور إلى أوعية تحتوي على سوائل وغازات تم تنظيفها جيدًا من الغبار والملوثات الأخرى.
ولكن للكشف عن امتداد الطول الموجي الصغير المتوقع للضوء المتناثر باستخدام اللون الأبيض ضوء الشمس، التي تحتوي تقريبًا على جميع الأطوال الموجية الممكنة، كانت ميؤوس منها. ولذلك قرر العلماء استخدام المرشحات الضوئية. وضعوا مرشحًا أزرق بنفسجي أمام العدسة ولاحظوا الضوء المتناثر من خلال مرشح أصفر-أخضر. لقد قرروا بحق أن ما سيسمح به الفلتر الأول سوف يعلق في الفلتر الثاني. بعد كل شيء، يمتص المرشح الأصفر والأخضر الأشعة الزرقاء البنفسجي التي تنتقل عن طريق المرشح الأول. ويجب أن يمتص كل منهما، عند وضعه أحدهما خلف الآخر، كل الضوء الساقط. إذا سقطت بعض الأشعة في عين المراقب، فمن الممكن أن نقول بثقة أنها لم تكن في الضوء الساقط، لكنها ولدت في المادة قيد الدراسة.
كولومبوس
وبالفعل، في الضوء المبعثر، اكتشف رامان وكريشنان أشعة تمر عبر المرشح الثاني. لقد سجلوا ترددات إضافية. قد يكون هذا من حيث المبدأ تأثير كومبتون البصري. أي أنه عند نثره على جزيئات المادة الموجودة في الأوعية، فإن الضوء الأزرق البنفسجي يمكن أن يتغير لونه ويصبح أصفر مخضر. ولكن هذا لا يزال بحاجة إلى إثبات. قد تكون هناك أسباب أخرى تسبب ظهور الضوء الأصفر والأخضر. على سبيل المثال، يمكن أن يظهر نتيجة التلألؤ - وهو توهج خافت يظهر غالبًا في السوائل والمواد الصلبة تحت تأثير الضوء والحرارة وأسباب أخرى. من الواضح أنه كان هناك شيء واحد - وُلد هذا الضوء من جديد، ولم يكن موجودًا في الضوء الساقط.
كرر العلماء تجربتهم مع ستة سوائل مختلفة ونوعين من البخار. لقد كانوا مقتنعين بأن لا يلعب التلألؤ ولا الأسباب الأخرى دورًا هنا.
يبدو أن حقيقة أن الطول الموجي للضوء المرئي يزداد عندما ينتشر في المادة ثابتة بالنسبة لرامان وكريشنان. ويبدو أن بحثهم توج بالنجاح. لقد اكتشفوا نظيرًا بصريًا لتأثير كومبتون.
ولكن لكي تكون التجارب نموذجًا نهائيًا وتكون الاستنتاجات مقنعة بدرجة كافية، كان من الضروري القيام بجزء آخر من العمل. ولم يكن ذلك كافيا لاكتشاف التغير في الطول الموجي. وكان من الضروري قياس حجم هذا التغيير. تم مساعدة الخطوة الأولى بواسطة مرشح الضوء. وكان عاجزا عن القيام بالثانية. هنا كان العلماء بحاجة إلى مطياف - وهو جهاز يسمح لهم بقياس الطول الموجي للضوء قيد الدراسة.
وبدأ الباحثون الجزء الثاني الذي لا يقل تعقيدا وصعوبة. لكنها أيضًا استوفت توقعاتهم. وأكدت النتائج مرة أخرى استنتاجات الجزء الأول من العمل. ومع ذلك، تبين أن الطول الموجي طويل بشكل غير متوقع. أكثر بكثير مما كان متوقعا. وهذا لم يزعج الباحثين.
كيف لا نتذكر كولومبوس هنا؟ سعى للعثور عليه الطريق البحريإلى الهند، وبعد أن رأى الأرض، لم يشك في أنه قد حقق هدفه. هل كان لديه سبب للشك في ثقته عند رؤية السكان ذوي البشرة الحمراء والطبيعة غير المألوفة للعالم الجديد؟
أليس صحيحاً أن رامان وكريشنان، في سعيهما لاكتشاف تأثير كومبتون في الضوء المرئي، ظنا أنهما توصلا إليه من خلال فحص الضوء المار في سوائلهما وغازاتهما؟! هل شككوا عندما أظهرت القياسات تغيرًا أكبر بشكل غير متوقع في الطول الموجي للأشعة المتناثرة؟ ما الاستنتاج الذي توصلوا إليه من اكتشافهم؟
ووفقا للعلماء الهنود، فقد وجدوا ما كانوا يبحثون عنه. في 23 مارس 1928، وصلت برقية إلى لندن تحتوي على مقال بعنوان "القياس البصري لتأثير كومبتون". كتب العلماء: "وهكذا، فإن القياس البصري لتأثير كومبتون واضح، باستثناء أننا نتعامل مع تغير في الطول الموجي أكبر بكثير..." ملاحظة: "أكبر بكثير..."
رقصة الذرات
قوبل عمل رامان وكريشنان بالتصفيق بين العلماء. لقد أعجب الجميع بحق بفنهم التجريبي. لهذا الاكتشاف، حصل رامان على جائزة نوبل في عام 1930.
وأرفقت برسالة العلماء الهنود صورة للطيف، حيث أخذت أماكنها الخطوط التي تصور تردد الضوء الساقط والضوء المتناثر على جزيئات المادة. هذه الصورة، وفقًا لرامان وكريشنان، أوضحت اكتشافهما بشكل أكثر وضوحًا من أي وقت مضى.
عندما نظر ماندلستام ولاندسبيرج إلى هذه الصورة، رأوا نسخة مطابقة تقريبًا للصورة التي تلقوها! ولكن، بعد أن تعرفوا على تفسيرها، أدركوا على الفور أن رامان وكريشنان كانا مخطئين.
لا، لم يكتشف العلماء الهنود تأثير كومبتون، بل ظاهرة مختلفة تماما، وهي نفس الظاهرة التي كان العلماء السوفييت يدرسونها لسنوات عديدة...
وبينما كانت الإثارة الناجمة عن اكتشاف العلماء الهنود تتزايد، كان ماندلستام ولاندسبيرج ينهيان تجارب المراقبة ويلخصان النتائج الحاسمة النهائية.
وهكذا في 6 مايو 1928، أرسلوا مقالًا للطباعة. وتم إرفاق صورة للطيف بالمقال.
وقدم الباحثون ملخصا موجزا لتاريخ هذه القضية تفسير مفصلالظاهرة التي اكتشفوها.
فما هي هذه الظاهرة التي تسببت في معاناة الكثير من العلماء وإرهاق أدمغتهم؟
أخبر حدس ماندلستام العميق وعقله التحليلي الواضح العالم على الفور أن التغييرات المكتشفة في تواتر الضوء المبعثر لا يمكن أن تكون ناجمة عن تلك القوى الجزيئية التي تعادل التكرار العشوائي لكثافة الهواء. واتضح للعالم أن السبب بلا شك يكمن داخل جزيئات المادة نفسها، وأن هذه الظاهرة ناتجة عن اهتزازات داخل الجزيئات للذرات التي تشكل الجزيء.
تحدث مثل هذه التذبذبات بتردد أعلى بكثير من تلك التي تصاحب تكوين وامتصاص عدم التجانس العشوائي في الوسط. إن اهتزازات الذرات في الجزيئات هي التي تؤثر على الضوء المبعثر. ويبدو أن الذرات تحدده وتترك آثاره عليه وتشفره بترددات إضافية.
لقد كان تخمينًا جميلًا، وغزوًا جريئًا للفكر البشري خارج نطاق حصن الطبيعة الصغير - الجزيء. وقد جلب هذا الاستطلاع معلومات قيمة عن بنيته الداخلية.
يدا بيد
لذا، أثناء محاولتنا اكتشاف تغير بسيط في تردد الضوء المبعثر الناتج عن القوى بين الجزيئات، تم اكتشاف تغير أكبر في التردد ناجم عن القوى داخل الجزيئات.
وهكذا، لتفسير الظاهرة الجديدة، والتي كانت تسمى "تشتت رامان للضوء"، كان يكفي استكمال نظرية التشتت الجزيئي التي ابتكرها ماندلستام ببيانات عن تأثير اهتزازات الذرات داخل الجزيئات. تم اكتشاف الظاهرة الجديدة نتيجة لتطور فكرة ماندلستام التي صاغها في عام 1918.
نعم، ليس بدون سبب، كما قال الأكاديمي S.I. فافيلوف ، "لقد منحت الطبيعة ليونيد إسحاقوفيتش عقلًا غير عادي تمامًا وثاقبًا ودقيقًا ، والذي لاحظ وفهم على الفور الشيء الرئيسي الذي مرت به الأغلبية بشكل غير مبال. "وهكذا تم فهم الجوهر المتقلب لتشتت الضوء، وهكذا ظهرت فكرة التغير في الطيف أثناء تشتت الضوء، والتي أصبحت الأساس لاكتشاف تشتت رامان".
وفي وقت لاحق، تم استخلاص فوائد هائلة من هذا الاكتشاف وحظي بتطبيق عملي قيم.
في لحظة اكتشافه، بدا أنه مجرد مساهمة قيمة للعلم.
ماذا عن رامان وكريشنان؟ كيف كان رد فعلهم على اكتشاف العلماء السوفييت وعلى اكتشافهم أيضًا؟ هل فهموا ما اكتشفوه؟
الجواب على هذه الأسئلة موجود في الرسالة التالية من رامان وكريشنان، والتي أرسلوها إلى الصحافة بعد 9 أيام من نشر المقال من قبل العلماء السوفييت. نعم، لقد أدركوا أن الظاهرة التي لاحظوها لم تكن تأثير كومبتون. هذا هو تشتت رامان للضوء.
بعد نشر رسائل رامان وكريشنان ومقالات ماندلستام ولاندسبيرج، أصبح من الواضح للعلماء في جميع أنحاء العالم أن نفس الظاهرة تم صنعها ودراستها بشكل مستقل وفي نفس الوقت تقريبًا في موسكو وكلكتا. لكن فيزيائيي موسكو درسوه في بلورات الكوارتز، ودرسه فيزيائيون هنود في السوائل والغازات.
وهذا التوازي بالطبع لم يكن عرضيًا. وتتحدث عن أهمية المشكلة وأهميتها العلمية الكبيرة. ليس من المستغرب أن النتائج القريبة من استنتاجات ماندلستام ورامان في نهاية أبريل 1928 تم الحصول عليها أيضًا بشكل مستقل من قبل العالمين الفرنسيين روكار وكابان. وبعد مرور بعض الوقت، تذكر العلماء أنه في عام 1923، تنبأ الفيزيائي التشيكي سميكال نظريًا بنفس الظاهرة. بعد عمل سميكال، ظهرت الأبحاث النظرية التي أجراها كرامرز وهايزنبرغ وشرودنجر.
على ما يبدو، فإن الافتقار إلى المعلومات العلمية فقط هو الذي يمكن أن يفسر حقيقة أن العلماء في العديد من البلدان عملوا على حل نفس المشكلة دون أن يعرفوا ذلك.
وبعد سبعة وثلاثين عاماً
لم تكتشف دراسات رامان فقط جزء جديدفي علم الضوء. وفي نفس الوقت أعطوا سلاح قويتكنولوجيا. الصناعة لديها طريقة ممتازة لدراسة خصائص المادة.
بعد كل شيء، فإن ترددات تشتيت ضوء رامان هي بصمات يتم تركيبها على الضوء بواسطة جزيئات الوسط الذي ينثر الضوء. وهذه البصمات ليست واحدة في المواد المختلفة. وهذا ما أعطى الأكاديمي ماندلستام الحق في تسمية تشتيت رامان للضوء بـ "لغة الجزيئات". بالنسبة لأولئك الذين يستطيعون قراءة آثار الجزيئات على أشعة الضوء وتحديد تركيبة الضوء المتناثر، فإن الجزيئات، باستخدام هذه اللغة، ستخبرنا عن أسرار بنيتها.
على الجانب السلبي من صورة طيف رامان، لا يوجد سوى خطوط متفاوتة السواد. لكن من هذه الصورة سيقوم أحد المتخصصين بحساب ترددات الاهتزازات داخل الجزيئات التي ظهرت في الضوء المتناثر بعد مروره عبر المادة. ستخبر الصورة عن العديد من الجوانب غير المعروفة حتى الآن الحياة الداخليةالجزيئات: حول بنيتها، حول القوى التي تربط الذرات في الجزيئات، حول الحركات النسبية للذرات. من خلال تعلم فك رموز رامان الطيفية، تعلم الفيزيائيون فهم "لغة الضوء" الغريبة التي تخبر بها الجزيئات عن نفسها. لذا فإن الاكتشاف الجديد جعل من الممكن اختراق البنية الداخلية للجزيئات بشكل أعمق.
اليوم، يستخدم الفيزيائيون تشتت رامان لدراسة بنية السوائل والبلورات والمواد الزجاجية. يستخدم الكيميائيون هذه الطريقة لتحديد بنية المركبات المختلفة.
تم تطوير طرق لدراسة المواد باستخدام ظاهرة تشتت رامان للضوء من قبل العاملين في المختبر معهد الفيزياءسميت على اسم P. N. أكاديمية ليبيديف للعلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، والتي كان يرأسها الأكاديمي لاندسبيرج.
تسمح هذه الطرق، في مختبر المصنع، بإجراء تحليلات كمية ونوعية بسرعة ودقة لبنزين الطائرات ومنتجات التكسير والمنتجات البترولية والعديد من السوائل العضوية المعقدة الأخرى. للقيام بذلك، يكفي إلقاء الضوء على المادة قيد الدراسة واستخدام مقياس الطيف لتحديد تركيبة الضوء المنتشرة بها. يبدو الأمر بسيطًا جدًا. ولكن قبل أن تصبح هذه الطريقة مريحة وسريعة حقًا، كان على العلماء أن يبذلوا الكثير من الجهد لإنشاء معدات دقيقة وحساسة. وهذا هو السبب.
من إجمالي كمية الطاقة الضوئية التي تدخل المادة قيد الدراسة، جزء ضئيل فقط - ما يقرب من عشرة مليارات - يمثل حصة الضوء المتناثر. ونادرًا ما يمثل تشتت رامان اثنين أو ثلاثة بالمائة من هذه القيمة. على ما يبدو، هذا هو السبب وراء بقاء تشتت رامان نفسه دون أن يلاحظه أحد لفترة طويلة. ليس من المستغرب أن يتطلب الحصول على صور رامان الأولى تعريضات ضوئية تدوم عشرات الساعات.
تتيح المعدات الحديثة التي تم إنشاؤها في بلدنا الحصول على مجموعة من المواد النقية في غضون دقائق قليلة، وأحيانًا حتى ثوانٍ! وحتى بالنسبة لتحليل المخاليط المعقدة، التي توجد فيها مواد فردية بكميات تصل إلى عدة بالمائة، فإن وقت التعرض الذي لا يزيد عن ساعة يكون كافيًا عادةً.
لقد مرت سبعة وثلاثون عامًا منذ اكتشاف لغة الجزيئات المسجلة على لوحات التصوير الفوتوغرافي وفك شفرتها وفهمها من قبل ماندلستام ولاندسبيرج ورامان وكريشنان. منذ ذلك الحين، يجري العمل الشاق في جميع أنحاء العالم لتجميع "قاموس" للغة الجزيئات، والذي يطلق عليه أخصائيو البصريات كتالوج ترددات رامان. عندما يتم تجميع مثل هذا الكتالوج، سيتم تسهيل فك رموز الطيف إلى حد كبير وسيصبح تشتت رامان أكثر اكتمالا في خدمة العلم والصناعة.
يتم نشر نص العمل بدون صور وصيغ.
النسخة الكاملةالعمل متاح في علامة التبويب "ملفات العمل" بتنسيق PDF
أثناء اللعب في الشارع، لاحظت ذات مرة السماء، كانت غير عادية: لا نهاية لها، لا نهاية لها، زرقاء، زرقاء! وفقط الغيوم غطت هذا اللون الأزرق قليلاً. تساءلت لماذا السماء زرقاء؟ تذكرت على الفور أغنية الثعلب أليس من حكاية بينوكيو "يا لها من سماء زرقاء ...!" ودرس جغرافيا حيث أثناء دراسة موضوع "الطقس" وصفنا حالة السماء وقلنا أيضًا أنها زرقاء. إذن، لماذا السماء زرقاء؟ عندما عدت إلى المنزل، سألت أمي هذا السؤال. أخبرتني أنه عندما يبكي الناس، فإنهم يطلبون المساعدة من السماء. تمسح السماء دموعهم فتتحول إلى اللون الأزرق كالبحيرة. لكن قصة والدتي لم تجب سؤالي. قررت أن أسأل زملائي والمعلمين إذا كانوا يعرفون لماذا كانت السماء زرقاء؟ شارك في الاستطلاع 24 طالبًا و17 معلمًا. وبعد معالجة الاستبيانات حصلنا على النتائج التالية:
في المدرسة، أثناء درس الجغرافيا، سألت المعلم هذا السؤال. فأجابتني أن لون السماء يمكن تفسيره بسهولة من وجهة نظر الفيزياء. وتسمى هذه الظاهرة التشتت. تعلمت من ويكيبيديا أن التشتت هو عملية تحليل الضوء إلى طيف. اقترحت معلمة الجغرافيا لاريسا بوريسوفنا أن ألاحظ هذه الظاهرة تجريبياً. وذهبنا إلى غرفة الفيزياء. وافق فاسيلي ألكساندروفيتش، مدرس الفيزياء، عن طيب خاطر على مساعدتنا في ذلك. باستخدام معدات خاصة، تمكنت من تتبع كيفية حدوث عملية التشتت في الطبيعة.
من أجل العثور على إجابة السؤال لماذا السماء زرقاء، قررنا إجراء دراسة. ومن هنا جاءت فكرة كتابة المشروع. قمنا مع المشرف بتحديد موضوع البحث والغرض منه وأهدافه، وطرحنا فرضية، وطرق البحث المحددة وآليات تنفيذ فكرتنا.
فرضية: يتم إرسال الضوء إلى الأرض عن طريق الشمس، وفي أغلب الأحيان عندما ننظر إليها يبدو لنا أبيض مبهر. هل هذا يعني أن السماء يجب أن تكون بيضاء؟ ولكن في الواقع السماء زرقاء. وسنجد في سياق الدراسة تفسيرات لهذه التناقضات.
هدف: ابحث عن إجابة السؤال لماذا السماء زرقاء واكتشف على ماذا يعتمد لونها.
مهام: 1. تعرف على المواد النظرية حول الموضوع
2. دراسة عملية لظاهرة تشتت الضوء
3. مراقبة لون السماء في أوقات مختلفة من اليوم وفي الظروف الجوية المختلفة
موضوع الدراسة: سماء
غرض:ضوء ولون السماء
طرق البحث:التحليل، التجربة، الملاحظة
مراحل العمل:
1. نظري
2. عملي
3. الخاتمة: الاستنتاجات حول موضوع البحث
الأهمية العملية للعمل: يمكن استخدام المواد البحثية في دروس الجغرافيا والفيزياء كوحدة تعليمية.
2. الجزء الرئيسي.
2.1. الجوانب النظريةمشاكل. ظاهرة السماء الزرقاء من وجهة نظر الفيزياء
لماذا السماء زرقاء - من الصعب جدًا العثور على إجابة لمثل هذا السؤال البسيط. أولا، دعونا نحدد المفهوم. السماء هي الفضاء الموجود فوق الأرض أو سطح أي جسم فلكي آخر. بشكل عام، يُطلق على السماء عادةً اسم البانوراما التي تنفتح عند النظر من سطح الأرض (أو أي جسم فلكي آخر) باتجاه الفضاء.
لقد أرهق العديد من العلماء أدمغتهم بحثًا عن إجابة. كتب ليوناردو دافنشي وهو يراقب النار في المدفأة: "الضوء فوق الظلام يصبح أزرق اللون". ولكن من المعروف اليوم أن اندماج الأبيض والأسود ينتج اللون الرمادي.
أرز. 1. فرضية ليوناردو دافنشي
كاد إسحاق نيوتن أن يفسر لون السماء، ولكن لهذا كان عليه أن يفترض أن قطرات الماء الموجودة في الغلاف الجوي لها جدران رقيقة مثل فقاعات الصابون. لكن اتضح أن هذه القطرات عبارة عن كرات، مما يعني أنه ليس لها سمك جدار. وهكذا انفجرت فقاعة نيوتن!
أرز. 2. فرضية نيوتن
تم اقتراح أفضل حل لهذه المشكلة منذ حوالي 100 عام فيزيائي إنجليزياللورد جون رايلي. لكن لنبدأ من البداية. تبعث الشمس ضوءًا أبيضًا يعمي البصر، مما يعني أن لون السماء يجب أن يكون هو نفسه، لكنه لا يزال أزرقًا. ماذا يحدث للضوء الأبيض في الغلاف الجوي؟ عند المرور عبر الغلاف الجوي، كما لو كان من خلال المنشور، فإنه ينقسم إلى سبعة ألوان. ربما تعرف هذه السطور: كل صياد يريد أن يعرف مكان تواجد طائر الدراج. هناك معنى عميق مخفي في هذه الجمل. إنها تمثل لنا الألوان الأساسية في طيف الضوء المرئي.
أرز. 3. طيف الضوء الأبيض.
أفضل عرض طبيعي لهذا الطيف هو بالطبع قوس قزح.
أرز. 4 طيف الضوء المرئي
الضوء المرئي هو الاشعاع الكهرومغناطيسي، والتي موجات لها أطوال مختلفة. نعم و لا ضوء مرئي، ولا تدركه أعيننا. هذه هي الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. ونحن لا نراه لأن طوله إما طويل جدًا أو قصير جدًا. إن رؤية الضوء تعني إدراك لونه، ولكن اللون الذي نراه يعتمد على الطول الموجي. أطول الموجات المرئية تكون باللون الأحمر، وأقصرها تكون باللون البنفسجي.
إن قدرة الضوء على التشتت، أي الانتشار في وسط ما، تعتمد أيضًا على الطول الموجي. موجات الضوء الأحمر تشتت الأسوأ، لكن الألوان الزرقاء والبنفسجية لها تأثير قدرة عاليةإلى التشتت.
أرز. 5. القدرة على تشتت الضوء
وأخيرًا، اقتربنا من إجابة سؤالنا، لماذا السماء زرقاء؟ كما ذكر أعلاه، الأبيض هو خليط من كل شيء الألوان الممكنة. وعندما يصطدم بجزيء غاز، فإن كل مكون من الألوان السبعة للضوء الأبيض يتشتت. وفي الوقت نفسه، فإن الضوء ذو الموجات الأطول ينتشر بشكل أسوأ من الضوء ذي الموجات القصيرة. ولهذا السبب، يظل الطيف الأزرق في الهواء 8 مرات أكثر من اللون الأحمر. على الرغم من أن أقصر موجة هي أرجوانيولا تزال السماء تظهر باللون الأزرق بسبب اختلاط الأمواج الأرجوانية والخضراء. بالإضافة إلى ذلك، ترى أعيننا اللون الأزرق بشكل أفضل من اللون البنفسجي، بالنظر إلى نفس السطوع لكليهما. هذه الحقائق هي التي تحدد نظام ألوان السماء: الغلاف الجوي مليء حرفيًا بأشعة اللون الأزرق والأزرق.
ومع ذلك، السماء ليست دائما زرقاء. خلال النهار نرى السماء زرقاء، سماوية، رمادية، في المساء - حمراء (المرفق 1).لماذا غروب الشمس أحمر؟ أثناء غروب الشمس تقترب الشمس من الأفق، ويتجه شعاع الشمس نحو سطح الأرض ليس بشكل عمودي كما في النهار، بل بزاوية. ولذلك فإن المسار الذي يسلكه عبر الغلاف الجوي كبير بالإضافة إلىأنه يحدث في النهار عندما تكون الشمس مرتفعة. ولهذا السبب، يتم امتصاص الطيف الأزرق والأزرق في الغلاف الجوي قبل وصوله إلى الأرض، وتصل موجات الضوء الأطول من الطيف الأحمر إلى سطح الأرض، مما يؤدي إلى تلوين السماء باللونين الأحمر والأصفر. ومن الواضح أن التغير في لون السماء يرتبط بدوران الأرض حول محورها، وبالتالي بزاوية سقوط الضوء على الأرض.
2.2. الجوانب العملية. طريقة تجريبية لحل المشكلة
في صف الفيزياء تعرفت على جهاز الطيف. أخبرني مدرس الفيزياء فاسيلي ألكساندروفيتش بمبدأ تشغيل هذا الجهاز، وبعد ذلك أجريت بشكل مستقل تجربة تسمى التشتت. ينكسر شعاع الضوء الأبيض الذي يمر عبر المنشور ونرى قوس قزح على الشاشة. (الملحق 2).ساعدتني هذه التجربة على فهم كيف يظهر هذا الخلق المذهل للطبيعة في السماء. وبمساعدة جهاز المطياف، يستطيع العلماء اليوم الحصول على معلومات حول تركيب وخصائص المواد المختلفة.
الصورة 1. عرض تجربة التشتت في
غرفة الفيزياء
كنت أرغب في الحصول على قوس قزح في المنزل. أخبرتني أستاذة الجغرافيا، لاريسا بوريسوفنا، كيف أفعل ذلك. كان التناظرية للمطياف عبارة عن وعاء زجاجي به ماء ومرآة ومصباح يدوي وورقة بيضاء. ضع مرآة في وعاء به ماء ثم ضع ورقة بيضاء خلف الوعاء. نقوم بتوجيه ضوء المصباح اليدوي على المرآة بحيث يسقط الضوء المنعكس على الورقة. لقد ظهر قوس قزح على قطعة من الورق مرة أخرى! (الملحق 3).من الأفضل إجراء التجربة في غرفة مظلمة.
لقد قلنا بالفعل أعلاه أن الضوء الأبيض يحتوي بالفعل على جميع ألوان قوس قزح. يمكنك التأكد من ذلك وإعادة كل الألوان إلى اللون الأبيض من خلال صنع قمة قوس قزح (الملحق 4).إذا قمت بتدويره بقوة شديدة، فسوف تندمج الألوان وسيتحول القرص إلى اللون الأبيض.
بالرغم من التفسير العلميتشكل قوس قزح، تظل هذه الظاهرة إحدى المشاهد البصرية الغامضة في الغلاف الجوي. شاهد واستمتع!
3 - الخلاصة
بحثًا عن إجابة لسؤال كثيرًا ما يطرحه الآباء سؤال الاطفال"لماذا السماء زرقاء؟" لقد تعلمت الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام والمفيدة. إن التناقضات في فرضيتنا اليوم لها تفسير علمي:
السر كله يكمن في لون السماء في غلافنا الجوي غلاف الهواءكوكب الأرض.
شعاع الشمس الأبيض، الذي يمر عبر الغلاف الجوي، ينقسم إلى أشعة من سبعة ألوان.
الأشعة الحمراء والبرتقالية هي الأطول، والأشعة الزرقاء هي الأقصر.
تصل الأشعة الزرقاء إلى الأرض بشكل أقل من غيرها، وبفضل هذه الأشعة يتخلل السماء اللون الأزرق
السماء ليست زرقاء دائمًا وهذا بسبب حركة محوريةأرض.
ومن الناحية التجريبية، تمكنا من تصور وفهم كيفية حدوث التشتت في الطبيعة. على ساعة الفصلفي المدرسة، أخبرت زملائي لماذا السماء زرقاء. وكان من المثير للاهتمام أيضًا معرفة أين يمكن ملاحظة ظاهرة التشتت في مجتمعنا الحياة اليومية. لقد وجدت العديد من الاستخدامات العملية لهذه الظاهرة الفريدة. (الملحق 5).في المستقبل أود مواصلة دراسة السماء. كم عدد الأسرار الأخرى التي يحملها؟ ما هي الظواهر الأخرى التي تحدث في الغلاف الجوي وما هي طبيعتها؟ وكيف تؤثر على البشر وكل أشكال الحياة على الأرض؟ ولعل هذه ستكون موضوعات بحثي المستقبلي.
فهرس
1. ويكيبيديا – الموسوعة الحرة
2. لوس أنجلوس ماليكوفا. دليل الكترونيفي الفيزياء "البصريات الهندسية"
3. بيريشكين أ.ف. الفيزياء. الصف التاسع. كتاب مدرسي. م: الحبارى، 2014، ص202-209
4.htt;/www. voprosy-kak-ipochemu.ru
5. أرشيف الصور الشخصية "Sky over Golyshmanovo"
المرفق 1.
"السماء فوق جوليشمانوفو"(ارشيف الصور الشخصية)
الملحق 2.
تشتيت الضوء باستخدام جهاز المطياف
الملحق 3.
تشتت الضوء في المنزل
"قوس المطر"
الملحق 4.
قمة قوس قزح
الجزء العلوي في وضع الراحة، الجزء العلوي في حالة دوران
الملحق 5.
الاختلاف في حياة الإنسان
أضواء الماس على متن الطائرة
المصابيح الأمامية للسيارة
علامات عاكسة
الفرضية: خطة العمل: دراسة ما هو الضوء؛ دراسة التغير في لون الوسط الشفاف تبعاً لزاوية سقوط الأشعة الضوئية. أعط تفسيراً علمياً للظاهرة المرصودة ترتبط التغيرات في لون السماء بزاوية دخول الأشعة الضوئية إلى الغلاف الجوي للأرض.
الجزء النظري لقد رأى الجميع كيف تلمع حواف الكريستال وقطرات الندى الصغيرة بكل ألوان قوس قزح. ماذا يحدث هنا؟ بعد كل شيء، تسقط أشعة ضوء الشمس البيضاء على أجسام شفافة عديمة اللون. هذه الظواهر معروفة للناس منذ زمن طويل. لفترة طويلةكان يُعتقد أن الضوء الأبيض هو الأبسط، وأن الألوان التي يتم إنشاؤها هي خصائص خاصة لأجسام معينة.
1865 جيمس ماكسويل. خلق نظرية الموجات الكهرومغناطيسية. الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية. اكتشف هاينريش هيرتز طريقة لإنشاء وتوزيع الموجات الكهرومغناطيسية.
الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية عبارة عن مجموعة من الموجات ذات أطوال مختلفة. من خلال رؤيتنا، ندرك فترة صغيرة من الأطوال الموجية كضوء. تعطينا هذه الموجات معًا الضوء الأبيض. وإذا اخترنا جزءًا من الموجات من هذه الفترة، فإننا ندركها كضوء له نوع من اللون. هناك سبعة ألوان أساسية في المجموع.
إجراءات التجربة: املأ الحاوية (الحوض) بالماء؛ أضف القليل من الحليب إلى الماء (هذه جزيئات غبار). قم بتوجيه الضوء من المصباح فوق الماء؛ هذا هو لون السماء وقت الظهيرة نغير زاوية سقوط الضوء على الماء من 0 إلى 90. نلاحظ تغير اللون.
الاستنتاج: إن تغير لون السماء يعتمد على الزاوية التي تدخل بها الأشعة الضوئية إلى الغلاف الجوي للأرض. ويتغير لون السماء خلال النهار من الأزرق إلى الأحمر. وعندما لا يدخل الضوء إلى الغلاف الجوي، إذن هذا المكانالليل يسقط على الأرض. في الليل عند الطقس المناسبالنور يأتي إلينا من النجوم البعيدةوالقمر يضيء بالضوء المنعكس.
المؤسسة التعليمية للميزانية البلدية
"مدرسة كيسلوفسكايا الثانوية" في منطقة تومسك
بحث
الموضوع: لماذا لون غروب الشمس أحمر؟
(تشتت الضوء)
انتهى العمل: ،
طالب في الصف 5أ
مشرف؛
مدرس كيمياء
1. مقدمة …………………………………………………………………………………………………… 3
2. الجزء الرئيسي ……………………………………………… 4
3. ما هو الضوء …………………………………………..4
موضوع الدراسة- غروب الشمس والسماء.
فرضيات البحث:
وللشمس أشعة تلون السماء بألوان مختلفة؛
يمكن الحصول على اللون الأحمر في ظروف المختبر.
أهمية موضوعي تكمن في أنه سيكون مثيرا للاهتمام ومفيدا للمستمعين لأن الكثير من الناس ينظرون إلى السماء الزرقاء الصافية ويعجبون بها، والقليل من يعرف لماذا تكون زرقاء أثناء النهار وحمراء عند غروب الشمس وما الذي يعطي هذا هو لونه.
2. الجزء الرئيسي
للوهلة الأولى، يبدو هذا السؤال بسيطا، لكنه في الواقع يؤثر على جوانب عميقة من انكسار الضوء في الغلاف الجوي. قبل أن تتمكن من فهم إجابة هذا السؤال، عليك أن تكون لديك فكرة عن ماهية الضوء..jpg" align="left" height="1 src=">
ما هو الضوء؟
ضوء الشمس هو الطاقة. وتتحول حرارة أشعة الشمس التي تركزها العدسة إلى نار. ينعكس الضوء والحرارة عن طريق الأسطح البيضاء وتمتصها الأسطح السوداء. لهذا ملابس بيضاءأبرد من الأسود.
ما هي طبيعة الضوء؟ أول شخص حاول بجدية دراسة الضوء كان إسحاق نيوتن. كان يعتقد أن الضوء يتكون من جسيمات جسيمية تنطلق كالرصاص. لكن بعض خصائص الضوء لا يمكن تفسيرها بهذه النظرية.
واقترح عالم آخر، هويجنز، تفسيرا مختلفا لطبيعة الضوء. لقد طور نظرية "الموجة" للضوء. لقد كان يعتقد أن الضوء يشكل نبضات أو أمواج، بنفس الطريقة التي يخلق بها الحجر الذي يتم رميه في البركة موجات.
ما هي وجهات النظر التي يحملها العلماء اليوم حول أصل الضوء؟ ويعتقد حاليا أن هناك موجات ضوئية صفاتكل من الجسيمات والموجات في نفس الوقت. وتجرى التجارب لتأكيد كلتا النظريتين.
يتكون الضوء من فوتونات، وهي جسيمات عديمة الوزن ولا كتلة لها، وتنتقل بسرعة حوالي 300 ألف كيلومتر في الثانية ولها خصائص الموجة. التردد الموجي للضوء يحدد لونه. وبالإضافة إلى ذلك، كلما زاد تردد التذبذب، كلما كان الطول الموجي أقصر. كل لون له تردد الاهتزاز والطول الموجي الخاص به. يتكون ضوء الشمس الأبيض من العديد من الألوان التي يمكن رؤيتها عندما ينكسر من خلال المنشور الزجاجي.
1. المنشور يحلل الضوء.
2. الضوء الأبيض معقد.
إذا نظرت عن كثب إلى مرور الضوء من خلاله منشور ثلاثي، إذن يمكنك أن ترى أن تحلل الضوء الأبيض يبدأ بمجرد مرور الضوء من الهواء إلى الزجاج. بدلا من الزجاج، يمكنك استخدام مواد أخرى شفافة للضوء.
ومن اللافت للنظر أن هذه التجربة استمرت قرونا، ولا تزال منهجيتها تستخدم في المختبرات دون تغييرات تذكر.
تشتت (خط العرض) - التشتت والتشتت - التشتت
I. تجارب نيوتن على التشتت.
I. كان نيوتن أول من قام بدراسة ظاهرة تشتت الضوء وتعتبر من أهم نظرياته المزايا العلمية. ولا عجب في ذلك على شاهد قبره، الذي تم تشييده عام 1731 والمزين بصور لشباب يحملون شعاراته في أيديهم الاكتشافات الكبرى، أحد الأشخاص يحمل منشورًا، ويحتوي النقش الموجود على النصب على الكلمات التالية: "لقد بحث في الاختلاف في أشعة الضوء والخصائص المختلفة التي ظهرت في نفس الوقت، والتي لم يشك فيها أحد من قبل". البيان الأخير ليس دقيقا تماما. كان التشتت معروفًا سابقًا، لكن لم تتم دراسته بالتفصيل. أثناء تحسين التلسكوبات، لاحظ نيوتن أن الصورة التي تنتجها العدسة كانت ملونة عند الحواف. ومن خلال فحص الحواف الملونة بالانكسار، حقق نيوتن اكتشافاته في مجال البصريات.
الطيف المرئي
عندما يتحلل شعاع أبيض في المنشور، يتشكل طيف فيه الإشعاع أطوال مختلفةتنكسر الموجات تحت زوايا مختلفة. الألوان المتضمنة في الطيف، أي تلك الألوان التي يمكن أن تنتجها موجات ضوئية ذات طول موجي واحد (أو نطاق ضيق جدًا)، تسمى الألوان الطيفية. الألوان الطيفية الأساسية (وجود الاسم الصحيح) ، بالإضافة إلى خصائص الانبعاث لهذه الألوان، معروضة في الجدول:
يجب مقارنة كل "لون" في الطيف موجة خفيفةطول معين
ويمكن الحصول على أبسط فكرة عن الطيف من خلال النظر إلى قوس قزح. يشكل الضوء الأبيض المنكسر في قطرات الماء قوس قزح، لأنه يتكون من أشعة كثيرة من جميع الألوان، وتنكسر بشكل مختلف: الأحمر هو الأضعف، والأزرق والبنفسجي هو الأقوى. يدرس علماء الفلك أطياف الشمس والنجوم والكواكب والمذنبات، حيث يمكن تعلم الكثير من الأطياف.
Nitrogen" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">النيتروجين. يتفاعل الضوء الأحمر والأزرق بشكل مختلف مع الأكسجين. وبما أن الطول الموجي للون الأزرق يتوافق تقريبًا مع حجم ذرة الأكسجين وبسبب هذا اللون الأزرق ينتشر الضوء بواسطة الأكسجين جوانب مختلفةبينما يمر الضوء الأحمر بهدوء عبر طبقة الغلاف الجوي. في الواقع، الضوء البنفسجي ينتشر بشكل أكبر في الغلاف الجوي، لكن العين البشرية أقل حساسية له من الضوء الأزرق. والنتيجة هي أن العين البشرية تلتقط الضوء الأزرق الذي ينتشره الأكسجين من جميع الجهات، ولهذا تبدو السماء زرقاء بالنسبة لنا.
وبدون الغلاف الجوي على الأرض، ستظهر لنا الشمس كنجم أبيض لامع وستكون السماء سوداء.
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
ظواهر غير عادية
https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg" alt=" الشفق القطبية" محاذاة = "يسار" العرض = "140" الارتفاع = "217 src = "> الشفق القطبي منذ العصور القديمة، أعجب الناس بالصورة المهيبة للشفق القطبي وتساءلوا عن أصلهم. تم العثور على واحدة من أقدم الإشارات إلى الشفق القطبي في أرسطو. في كتابه "الأرصاد الجوية" الذي كتبه منذ 2300 عام، يمكنك أن تقرأ: "في بعض الأحيان في الليالي الصافية، تُلاحظ العديد من الظواهر في السماء - فجوات، فجوات، لون أحمر دموي...
يبدو أن هناك نار مشتعلة."
لماذا تموج شعاع واضح في الليل؟
ما هو اللهب الرقيق الذي ينتشر في السماء؟
مثل البرق دون تهديد السحب
تسعى من الأرض إلى ذروتها؟
كيف يمكن أن تكون تلك الكرة المجمدة
هل كان هناك حريق في منتصف الشتاء؟
ما هو الشفق؟ كيف يتم تشكيلها؟
إجابة. الشفق القطبي هو توهج مضيء ناتج عن تفاعل الجسيمات المشحونة (الإلكترونات والبروتونات) المتطايرة من الشمس مع الذرات والجزيئات الغلاف الجوي للأرض. وظهور هذه الجسيمات المشحونة في مناطق معينة من الغلاف الجوي وعلى ارتفاعات معينة هو نتيجة التفاعل الرياح الشمسيةمع حقل مغناطيسيأرض.
الهباء الجوي" href="/text/category/ayerosolmz/" rel="bookmark">تشتت الغبار والرطوبة في الهباء الجوي، وهذا هو السبب الرئيسي للتحلل لون مشمس(التباين). في موضع الذروة، يحدث سقوط شعاع الشمس على مكونات الهباء الجوي بزاوية قائمة تقريبًا، وتكون طبقتها بين عيون المراقب والشمس ضئيلة. كلما انخفضت الشمس إلى الأفق، كلما زاد سمك الطبقة الهواء الجويوكمية الهباء الجوي المعلق فيه. أشعة الشمسبالنسبة للراصد، تتغير زاوية السقوط على الجسيمات العالقة، ومن ثم يتم ملاحظة تشتت ضوء الشمس. لذلك، كما ذكرنا أعلاه، يتكون ضوء الشمس من سبعة ألوان أساسية. كل لون، مثل الموجة الكهرومغناطيسية، له طوله الخاص وقدرته على التبدد في الغلاف الجوي. يتم ترتيب الألوان الأساسية للطيف على مقياس من الأحمر إلى البنفسجي. الأقل قدرةاللون الأحمر عرضة للتشتت (وبالتالي الامتصاص) في الغلاف الجوي. ومع ظاهرة التشتت فإن كل الألوان التي تتبع اللون الأحمر على المقياس تتناثر بواسطة مكونات معلق الهباء الجوي وتمتصها. المراقب يرى اللون الأحمر فقط. وهذا يعني أنه كلما زادت سماكة طبقة الهواء الجوي، زادت كثافة المادة المعلقة، وتشتتت وامتصت أشعة الطيف أكثر. مشهور ظاهرة طبيعية: بعد ثوران بركان كراكاتوا القوي عام 1883، في أماكن مختلفةالكوكب، لعدة سنوات، لوحظت غروب الشمس الأحمر الساطع بشكل غير عادي. ويفسر ذلك الإطلاق القوي للغبار البركاني في الغلاف الجوي أثناء الثوران.
أعتقد أن بحثي لن ينتهي هنا. لا يزال لدي أسئلة. أريد أن أعرف:
ماذا يحدث عندما تمر أشعة الضوء عبر السوائل والمحاليل المختلفة؛
كيف ينعكس الضوء ويمتصه.
بعد الانتهاء من هذا العمل، أصبحت مقتنعا بعدد الأشياء الرائعة والمفيدة الموجودة هناك الأنشطة العمليةقد تنطوي على ظاهرة انكسار الضوء. وهذا ما سمح لي أن أفهم سبب كون غروب الشمس أحمر.
الأدب
1. الفيزياء. كيمياء. 5-6 درجات كتاب مدرسي. م.: الحبارى، 2009، ص106
2. ظاهرة الفولاذ الدمشقي في الطبيعة. م: التربية، 1974، 143 ص.
3. "من يصنع قوس قزح؟" – كفانت 1988، العدد 6، ص 46.
4. نيوتن الأول محاضرات في البصريات. تاراسوف في الطبيعة. - م: التربية، 1988
موارد الإنترنت:
1. http://potomy. ru/ لماذا السماء زرقاء؟
2. http://www. voprosy-kak-i-pochemu. رو لماذا السماء زرقاء؟
3. http://expirience. رو/الفئة/التعليم/