Mengapa langit berwarna biru. Mengapa matahari kuning? Soalan-soalan ini, begitu semula jadi, telah timbul di hadapan manusia sejak zaman purba. Walau bagaimanapun, untuk mendapatkan penjelasan yang betul tentang fenomena ini, ia memerlukan usaha saintis cemerlang Zaman Pertengahan dan kemudian, sehingga akhir abad ke-19.
Apakah hipotesis yang wujud? Apakah hipotesis yang belum dikemukakan masa yang berbeza untuk menerangkan warna langit. Hipotesis pertama Memerhatikan bagaimana asap pada latar belakang perapian gelap memperoleh warna kebiruan, Leonardo da Vinci menulis: ... terang di atas kegelapan menjadi biru, semakin cantik cahaya dan gelap adalah sangat baik " Goethe berpegang pada titik yang sama view, yang bukan sahaja seorang penyair yang terkenal di dunia, tetapi juga ahli sains semula jadi yang paling hebat pada zamannya, bagaimanapun, penjelasan tentang warna langit ini ternyata tidak dapat dipertahankan, kerana, seperti yang menjadi jelas kemudian, mencampurkan hitam dan putih. hanya boleh memberikan nada kelabu, dan bukan warna biru asap dari perapian disebabkan oleh proses yang sama sekali berbeza.
Apakah hipotesis yang wujud? Hipotesis 2 Selepas penemuan gangguan, khususnya dalam filem nipis, Newton cuba menggunakan gangguan untuk menerangkan warna langit. Untuk melakukan ini, dia terpaksa menganggap bahawa titisan air mempunyai bentuk buih berdinding nipis, seperti buih sabun. Tetapi kerana titisan air yang terkandung di atmosfera sebenarnya adalah sfera, hipotesis ini tidak lama lagi pecah juga,” gelembung sabun.
Apakah hipotesis yang wujud? 3 hipotesis Saintis abad ke-18. Marriott, Bouguer, Euler berpendapat bahawa warna biru langit dijelaskan oleh warna intrinsik bahagian konstituen udara. Penjelasan ini juga menerima beberapa pengesahan kemudian, sudah pada abad ke-19, apabila ia ditubuhkan oksigen cecair berwarna biru, dan ozon cecair berwarna biru. O. B. Saussure datang paling hampir dengan penjelasan yang betul tentang warna langit. Dia percaya bahawa jika udara benar-benar tulen, langit akan menjadi hitam, tetapi udara mengandungi kekotoran yang mencerminkan kebanyakan warna biru (khususnya, wap air dan titisan air).
Keputusan kajian: Yang pertama mencipta langsing, ketat teori matematik penyebaran molekul cahaya di atmosfera, adalah bahasa Inggeris saintis Rayleigh. Dia percaya bahawa penyebaran cahaya tidak berlaku pada kekotoran, seperti yang difikirkan oleh pendahulunya, tetapi pada molekul udara itu sendiri. Untuk menerangkan warna langit, kami hanya mengemukakan satu daripada kesimpulan teori Rayleigh:
Keputusan kajian: warna campuran sinar bertaburan akan menjadi biru Kecerahan, atau keamatan, cahaya yang tersebar berbeza-beza dalam perkadaran songsang kepada kuasa keempat panjang gelombang kejadian cahaya pada zarah serakan. Oleh itu, penyerakan molekul sangat sensitif terhadap perubahan sedikit pun dalam panjang gelombang cahaya. Sebagai contoh, panjang gelombang sinar ungu (0.4 μm) adalah lebih kurang separuh panjang gelombang sinar merah (0.8 μm). Oleh itu, sinar ungu akan bertaburan 16 kali lebih banyak daripada yang merah, dan apabila keamatan yang sama Akan ada 16 kali lebih banyak sinar kejadian dalam cahaya berselerak. Semua sinar berwarna lain bagi spektrum yang boleh dilihat (biru, cyan, hijau, kuning, oren) akan dimasukkan ke dalam cahaya bertaburan dalam kuantiti yang berkadar songsang dengan kuasa keempat panjang gelombang setiap satu daripadanya. Jika sekarang semua sinar bertaburan berwarna dicampur dalam nisbah ini, maka warna campuran sinar bertaburan akan menjadi biru
Sastera: S.V. Zvereva dalam dunia cahaya matahari L., Gidrometeoizdat, 1988
Kegembiraan melihat dan memahami
adalah anugerah alam yang paling indah.
Albert Einstein
Misteri langit biru
Kenapa langit biru?...
Tidak ada orang seperti itu yang tidak memikirkan perkara ini sekurang-kurangnya sekali dalam hidupnya. Pemikir zaman pertengahan sudah cuba menjelaskan asal usul warna langit. Sebahagian daripada mereka mencadangkan itu warna biru- Ini warna sebenar udara atau mana-mana gas penyusunnya. Yang lain menyangka bahawa warna sebenar langit adalah hitam - cara ia kelihatan pada waktu malam. Pada siang hari, warna hitam langit digabungkan dengan warna putih sinaran matahari, dan hasilnya adalah... biru.
Sekarang, mungkin, anda tidak akan bertemu dengan orang yang, ingin mendapatkan cat biru, akan bercampur hitam dan putih. Dan ada masanya undang-undang pencampuran warna masih tidak jelas. Mereka dipasang hanya tiga ratus tahun yang lalu oleh Newton.
Newton mula berminat dengan misteri itu biru langit. Dia bermula dengan menolak semua teori terdahulu.
Pertama, dia berpendapat, campuran putih dan hitam tidak pernah menghasilkan biru. Kedua, biru bukanlah warna sebenar udara sama sekali. Jika demikian, maka Matahari dan Bulan pada waktu matahari terbenam tidak akan kelihatan merah, seperti yang sebenarnya, tetapi biru. Beginilah rupa puncak gunung bersalji yang jauh.
Bayangkan udara berwarna. Walaupun ia sangat lemah. Kemudian lapisan tebalnya akan bertindak seperti kaca yang dicat. Dan jika anda melihat melalui kaca yang dicat, maka semua objek akan kelihatan seperti warna yang sama dengan kaca ini. Mengapakah puncak bersalji yang jauh kelihatan kepada kita merah jambu, dan tidak biru sama sekali?
Dalam pertikaian dengan pendahulunya, kebenaran berada di pihak Newton. Dia membuktikan bahawa udara tidak berwarna.
Tetapi dia tetap tidak menyelesaikan teka-teki biru langit. Dia keliru dengan pelangi, salah satu fenomena alam yang paling indah dan puitis. Mengapa ia tiba-tiba muncul dan hilang begitu sahaja tanpa diduga? Newton tidak dapat berpuas hati dengan takhayul yang berlaku: pelangi adalah tanda dari atas, ia meramalkan cuaca yang baik. Dia berusaha mencari punca material bagi setiap fenomena. Dia juga menemui sebab pelangi.
Pelangi adalah hasil pembiasan cahaya dalam titisan hujan. Setelah memahami perkara ini, Newton dapat mengira bentuk arka pelangi dan menerangkan urutan warna pelangi. Teorinya tidak dapat menjelaskan hanya rupa pelangi berganda, tetapi ini dilakukan hanya tiga abad kemudian dengan bantuan teori yang sangat kompleks.
Kejayaan teori pelangi menghipnotis Newton. Dia tersilap memutuskan bahawa warna biru langit dan pelangi disebabkan oleh sebab yang sama. Pelangi benar-benar tercetus apabila sinaran Matahari menembusi sekumpulan titisan hujan. Tetapi kebiruan langit kelihatan bukan sahaja dalam hujan! Sebaliknya, dalam cuaca cerah, apabila tidak ada sedikit pun hujan, langit sangat biru. Bagaimanakah saintis hebat itu tidak menyedarinya? Newton berpendapat bahawa gelembung-gelembung kecil air, yang menurut teorinya hanya membentuk bahagian biru pelangi, terapung di udara dalam sebarang cuaca. Tetapi ini adalah khayalan.
Penyelesaian pertama
Hampir 200 tahun berlalu, dan seorang lagi saintis Inggeris mengambil isu ini - Rayleigh, yang tidak takut bahawa tugas itu berada di luar kuasa Newton yang hebat.
Rayleigh belajar optik. Dan orang yang menumpukan hidupnya untuk mengkaji cahaya menghabiskan banyak masa dalam kegelapan. Cahaya luar mengganggu eksperimen terbaik, jadi tingkap makmal optik hampir selalu ditutup dengan langsir hitam yang tidak boleh ditembusi.
Rayleigh tinggal selama berjam-jam di makmalnya yang suram bersendirian dengan pancaran cahaya keluar dari instrumen. Di laluan pancaran mereka berpusing-pusing seperti serpihan debu yang hidup. Mereka diterangi dengan terang dan oleh itu menonjol dengan latar belakang gelap. Ahli sains itu mungkin telah menghabiskan masa yang lama dengan teliti memerhatikan pergerakan lancar mereka, sama seperti seseorang melihat permainan bunga api di dalam perapian.
Bukankah serpihan debu yang menari-nari dalam pancaran cahaya yang memberi Rayleigh idea baharu tentang asal usul warna langit?
Malah pada zaman dahulu, diketahui bahawa cahaya bergerak dalam garis lurus. Penemuan penting ini boleh dibuat oleh manusia primitif, memerhatikan bagaimana, menembusi celah-celah pondok, sinaran matahari jatuh ke dinding dan lantai.
Tetapi dia hampir tidak terganggu dengan pemikiran mengapa dia melihat sinaran cahaya, memandang mereka dari sisi. Dan di sini ada sesuatu untuk difikirkan. Lagipun, cahaya matahari memancar dari celah ke lantai. Mata pemerhati terletak di sebelah dan, bagaimanapun, melihat cahaya ini.
Kami juga melihat cahaya dari lampu sorot yang ditujukan ke langit. Ini bermakna sebahagian daripada cahaya entah bagaimana menyimpang dari laluan langsung dan diarahkan ke mata kita.
Apa yang membuatkan dia sesat? Ternyata ini adalah bintik-bintik debu yang memenuhi udara. Sinar yang dihamburkan oleh setitik habuk dan sinar masuk ke mata kita, yang apabila menghadapi halangan, mematikan jalan dan menyebar dalam garis lurus dari setitik debu yang berselerak ke mata kita.
"Adakah bintik-bintik debu ini yang mewarnai biru langit?" – Rayleigh berfikir pada suatu hari. Dia membuat pengiraan dan tekaan itu bertukar menjadi kepastian. Dia menemui penjelasan untuk warna biru langit, fajar merah dan jerebu biru! Sudah tentu, butiran debu yang kecil, yang saiznya lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya, menyerakkan cahaya matahari dan semakin pendek panjang gelombangnya, semakin kuat, Rayleigh mengumumkan pada tahun 1871. Dan kerana sinar ungu dan biru dalam spektrum suria yang boleh dilihat mempunyai panjang gelombang terpendek, ia bertaburan paling kuat, memberikan langit warna biru.
Matahari dan puncak bersalji mematuhi pengiraan Rayleigh ini. Mereka juga mengesahkan teori saintis itu. Pada matahari terbit dan terbenam, apabila cahaya matahari melalui ketebalan udara yang paling besar, sinar ungu dan biru, kata teori Rayleigh, bertaburan paling kuat. Pada masa yang sama, mereka menyimpang dari jalan yang lurus dan tidak menarik perhatian pemerhati. Pemerhati melihat terutamanya sinar merah, yang bertaburan jauh lebih lemah. Itulah sebabnya matahari kelihatan merah kepada kita pada matahari terbit dan terbenam. Atas sebab yang sama, puncak gunung bersalji yang jauh kelihatan merah jambu.
Melihat kepada langit cerah, kita melihat sinar biru-biru menyimpang disebabkan oleh penyebaran dari jalan yang lurus dan masuk ke mata kita. Dan jerebu yang kadang-kadang kita lihat dekat ufuk juga kelihatan biru kepada kita.
Perkara remeh yang menjengkelkan
Cantik kan penjelasannya? Rayleigh sendiri begitu terbawa-bawa olehnya, para saintis begitu kagum dengan keharmonian teori dan kemenangan Rayleigh ke atas Newton sehinggakan tiada seorang pun daripada mereka menyedari satu perkara yang mudah. Perkara remeh ini, bagaimanapun, sepatutnya mengubah penilaian mereka sepenuhnya.
Siapa yang akan menafikan bahawa jauh dari bandar, di mana terdapat lebih sedikit habuk di udara, warna biru langit sangat jelas dan terang? Sukar untuk Rayleigh sendiri menafikan perkara ini. Oleh itu... bukan zarah debu yang menyerakkan cahaya? Kemudian apa?
Dia menyemak semula semua pengiraannya dan menjadi yakin bahawa persamaannya adalah betul, tetapi ini bermakna zarah-zarah yang berserakan sememangnya bukan butiran debu. Di samping itu, butiran debu yang terdapat di udara adalah lebih panjang daripada panjang gelombang cahaya, dan pengiraan meyakinkan Rayleigh bahawa kelompok besar Kebiruan langit tidak meningkatkan mereka, tetapi, sebaliknya, melemahkan mereka. Penyerakan cahaya oleh zarah besar dengan lemah bergantung pada panjang gelombang dan oleh itu tidak menyebabkan perubahan dalam warnanya.
Apabila cahaya diserakkan pada zarah besar, kedua-dua cahaya yang tersebar dan dihantar kekal putih, oleh itu penampilan zarah besar di udara memberikan langit warna keputihan, dan pengumpulan kuantiti yang besar Titisan besar menyebabkan warna putih awan dan kabus. Ini mudah untuk diperiksa pada rokok biasa. Asap yang keluar daripada corong itu sentiasa kelihatan keputihan, dan asap yang naik dari hujungnya yang terbakar berwarna kebiruan.
Zarah terkecil asap yang naik dari hujung rokok yang terbakar adalah lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya dan, menurut teori Rayleigh, berselerak kebanyakannya warna ungu dan biru. Tetapi apabila melalui saluran sempit dalam ketebalan tembakau, zarah asap melekat bersama (mengumpal), bersatu menjadi ketulan yang lebih besar. Kebanyakannya menjadi lebih besar daripada panjang gelombang cahaya, dan mereka menyerakkan semua panjang gelombang cahaya lebih kurang sama. Inilah sebabnya asap yang keluar dari corong kelihatan keputihan.
Ya, tidak ada gunanya berhujah dan mempertahankan teori berdasarkan serpihan debu.
Jadi ia adalah satu misteri warna biru langit muncul semula di hadapan para saintis. Tetapi Rayleigh tidak berputus asa. Jika warna biru langit itu lebih tulen dan lebih terang lagi bersih suasana, dia beralasan, maka warna langit tidak boleh disebabkan oleh apa-apa selain daripada molekul udara itu sendiri. Molekul udara, dia menulis dalam artikel barunya, adalah mereka zarah-zarah kecil yang menghamburkan cahaya matahari!
Kali ini Rayleigh sangat berhati-hati. Sebelum melaporkan idea barunya, dia memutuskan untuk mengujinya, untuk membandingkan teori dengan pengalaman.
Peluang itu muncul pada tahun 1906. Rayleigh dibantu oleh ahli astrofizik Amerika Abbott, yang mengkaji cahaya biru langit di Balai Cerap Mount Wilson. Dengan memproses hasil pengukuran kecerahan langit berdasarkan teori hamburan Rayleigh, Abbott mengira bilangan molekul yang terkandung dalam setiap sentimeter padu udara. Ia ternyata jumlah yang besar! Cukuplah untuk mengatakan bahawa jika molekul ini diedarkan kepada semua orang yang mendiami Bumi, maka setiap orang akan mendapat lebih daripada 10 bilion molekul ini. Ringkasnya, Abbott mendapati bahawa setiap sentimeter padu udara pada suhu dan tekanan atmosfera biasa mengandungi 27 bilion kali satu bilion molekul.
Bilangan molekul dalam sentimeter padu gas boleh ditentukan dengan cara yang berbeza berdasarkan fenomena yang berbeza dan bebas sepenuhnya. Mereka semua membawa kepada keputusan yang hampir sama dan memberikan nombor yang dipanggil nombor Loschmidt.
Nombor ini terkenal kepada saintis, dan lebih daripada sekali ia telah menjadi ukuran dan kawalan dalam menerangkan fenomena yang berlaku dalam gas.
Oleh itu, nombor yang diperoleh Abbott semasa mengukur cahaya langit bertepatan dengan nombor Loschmidt dengan ketepatan yang tinggi. Tetapi dalam pengiraannya dia menggunakan teori hamburan Rayleigh. Oleh itu, ini jelas membuktikan bahawa teori itu betul, penyebaran molekul cahaya benar-benar wujud.
Nampaknya teori Rayleigh telah disahkan dengan pasti oleh pengalaman; semua saintis menganggapnya sempurna.
Ia menjadi diterima umum dan dimasukkan ke dalam semua buku teks optik. Seseorang boleh bernafas lega: akhirnya penjelasan telah ditemui untuk fenomena yang begitu biasa dan pada masa yang sama misteri.
Ia adalah lebih mengejutkan bahawa pada tahun 1907, pada halaman yang terkenal jurnal ilmiah persoalan ditimbulkan lagi: kenapa langit biru?!.
Pertikaian
Siapa yang berani mempersoalkan teori Rayleigh yang diterima umum?
Anehnya, ini adalah salah satu peminat dan pengagum Rayleigh yang paling bersemangat. Mungkin tiada siapa yang menghargai dan memahami Rayleigh begitu banyak, mengetahui karyanya dengan baik, dan tidak berminat dengan karya saintifiknya seperti ahli fizik Rusia muda Leonid Mandelstam.
"Watak fikiran Leonid Isaakovich," seorang lagi saintis Soviet, Academician N.D. kemudian teringat. Papaleksi - mempunyai banyak persamaan dengan Rayleigh. Dan bukan kebetulan bahawa laluan kreativiti saintifik mereka sering berjalan selari dan berulang kali menyeberang.
Mereka terlintas sendiri kali ini juga, mengenai persoalan asal usul warna langit. Sebelum ini, Mandelstam meminati bidang kejuruteraan radio. Untuk permulaan abad kita ia benar-benar kawasan baru sains, dan hanya sedikit orang yang memahaminya. Selepas penemuan A.S. Popov (pada tahun 1895) hanya beberapa tahun telah berlalu, dan tidak ada penghujung penghujung kerja. Dalam tempoh yang singkat, Mandelstam menjalankan banyak penyelidikan serius di lapangan getaran elektromagnet berhubung dengan peranti kejuruteraan radio. Pada tahun 1902 beliau mempertahankan disertasinya dan pada usia dua puluh tiga menerima ijazah Doktor Falsafah Asli dari Universiti Strasbourg.
Semasa menangani isu pengujaan gelombang radio, Mandelstam secara semula jadi mengkaji karya Rayleigh, yang merupakan pihak berkuasa yang diiktiraf dalam kajian itu. proses berayun. Dan doktor muda itu pasti mengenali masalah mewarnai langit.
Tetapi, setelah membiasakan diri dengan isu warna langit, Mandelstam bukan sahaja menunjukkan kekeliruan, atau, seperti yang dikatakannya sendiri, "ketidakcukupan" teori penyebaran cahaya molekul Rayleigh yang diterima umum, bukan sahaja mendedahkan rahsia itu. daripada warna biru langit, tetapi juga meletakkan asas untuk penyelidikan yang membawa kepada salah satu penemuan paling penting fizik abad XX.
Semuanya bermula dengan pertikaian in absentia dengan salah seorang ahli fizik terkemuka, ayah teori kuantum, M. Planck. Apabila Mandelstam berkenalan dengan teori Rayleigh, ia memikatnya dengan sikap pendiam dan paradoks dalaman, yang, mengejutkan ahli fizik muda, Rayleigh yang tua dan berpengalaman tinggi tidak menyedarinya. Ketidakcukupan teori Rayleigh telah didedahkan dengan jelas apabila menganalisis teori lain, dibina berdasarkannya oleh Planck untuk menerangkan pengecilan cahaya apabila melalui medium lutsinar yang homogen secara optik.
Dalam teori ini, ia telah diambil sebagai asas bahawa molekul bahan yang dilalui cahaya adalah sumber gelombang sekunder. Untuk mencipta gelombang sekunder ini, Planck berpendapat, sebahagian daripada tenaga gelombang yang berlalu dibelanjakan, yang dilemahkan. Kami melihat bahawa teori ini adalah berdasarkan teori Rayleigh tentang penyerakan molekul dan bergantung kepada kuasanya.
Cara paling mudah untuk memahami intipati perkara tersebut ialah dengan melihat ombak di permukaan air. Jika gelombang bertemu dengan objek pegun atau terapung (cerucuk, kayu balak, bot, dll.), maka ombak kecil bertaburan ke semua arah dari objek ini. Ini tidak lebih daripada berselerak. Sebahagian daripada tenaga gelombang kejadian dibelanjakan untuk gelombang sekunder yang menarik, yang agak serupa dengan cahaya bertaburan dalam optik. Dalam kes ini, gelombang awal menjadi lemah - ia pudar.
Objek terapung boleh menjadi lebih kecil daripada panjang gelombang yang bergerak melalui air. Bijirin kecil pun akan menyebabkan gelombang sekunder. Sudah tentu, apabila saiz zarah berkurangan, gelombang sekunder yang mereka bentuk menjadi lemah, tetapi mereka masih akan menghilangkan tenaga gelombang utama.
Beginilah kira-kira bagaimana Planck membayangkan proses melemahkan gelombang cahaya semasa ia melalui gas, tetapi peranan bijirin dalam teorinya dimainkan oleh molekul gas.
Mandelstam mula berminat dengan karya Planck ini.
Pemikiran Mandelstam juga boleh dijelaskan menggunakan contoh ombak di permukaan air. Anda hanya perlu melihatnya dengan lebih teliti. Jadi, walaupun butiran kecil yang terapung di permukaan air adalah sumber gelombang sekunder. Tetapi apakah yang akan berlaku jika bijirin ini dituangkan dengan sangat tebal sehingga menutupi seluruh permukaan air? Kemudian ia akan ternyata bahawa gelombang sekunder individu yang disebabkan oleh banyak bijirin akan menambah sedemikian rupa sehingga ia akan memadamkan sepenuhnya bahagian-bahagian gelombang yang berjalan ke sisi dan ke belakang, dan hamburan akan berhenti. Yang tinggal hanyalah gelombang yang berlari ke hadapan. Dia akan berlari ke hadapan tanpa melemah sama sekali. Satu-satunya hasil daripada kehadiran keseluruhan jisim bijirin adalah penurunan sedikit dalam kelajuan perambatan gelombang primer. Adalah amat penting bahawa semua ini tidak bergantung pada sama ada butiran tidak bergerak atau sama ada ia bergerak di sepanjang permukaan air. Agregat bijirin hanya akan bertindak sebagai beban di permukaan air, mengubah ketumpatan lapisan atasnya.
Mandelstam membuat pengiraan matematik untuk kes apabila bilangan molekul di udara adalah sangat besar sehinggakan kawasan yang kecil seperti panjang gelombang cahaya mengandungi bilangan molekul yang sangat besar. Ternyata dalam kes ini, gelombang cahaya sekunder yang teruja oleh molekul individu yang bergerak secara huru-hara bertambah dengan cara yang sama seperti gelombang dalam contoh dengan bijirin. Ini bermakna dalam kes ini gelombang cahaya merambat tanpa serakan dan pengecilan, tetapi pada kelajuan yang lebih rendah sedikit. Ini menyangkal teori Rayleigh, yang percaya bahawa pergerakan zarah hamburan dalam semua kes memastikan penyebaran gelombang, dan oleh itu menyangkal teori Planck berdasarkannya.
Oleh itu, pasir ditemui di bawah asas teori serakan. Semua bangunan megah bergegar dan mengancam untuk rebah.
Kebetulan
Tetapi bagaimana pula dengan menentukan nombor Loschmidt daripada pengukuran cahaya biru langit? Lagipun, pengalaman mengesahkan teori penyebaran Rayleigh!
"Kebetulan ini harus dianggap sebagai tidak sengaja," tulis Mandelstam pada tahun 1907 dalam karyanya "On Optical Homogeneous and Turbid Media."
Mandelstam menunjukkan bahawa pergerakan rawak molekul tidak boleh menjadikan gas homogen. Sebaliknya, dalam gas sebenar sentiasa terdapat jarang dan pemadatan kecil yang terbentuk akibat daripada huru-hara. pergerakan haba. Merekalah yang membawa kepada penyebaran cahaya, kerana ia mengganggu kehomogenan optik udara. Dalam karya yang sama, Mandelstam menulis:
"Jika medium optik tidak homogen, maka, secara amnya, cahaya kejadian juga akan bertaburan ke tepi."
Tetapi oleh kerana saiz ketidakhomogenan yang timbul akibat gerakan huru-hara adalah lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya, gelombang yang sepadan dengan bahagian ungu dan biru spektrum akan tersebar secara dominan. Dan ini membawa, khususnya, kepada warna biru langit.
Oleh itu teka-teki langit biru akhirnya diselesaikan. Bahagian teori dibangunkan oleh Rayleigh. Sifat fizikal peresap telah dipasang oleh Mandelstam.
Merit besar Mandelstam terletak pada fakta bahawa dia membuktikan bahawa andaian kehomogenan sempurna gas tidak serasi dengan fakta penyebaran cahaya di dalamnya. Dia menyedari bahawa warna biru langit membuktikan bahawa kehomogenan gas hanya kelihatan. Lebih tepat lagi, gas kelihatan homogen hanya apabila diperiksa dengan instrumen mentah, seperti barometer, skala atau instrumen lain yang dipengaruhi oleh berbilion-bilion molekul sekaligus. Tetapi pancaran cahaya merasakan kuantiti molekul yang jauh lebih kecil, diukur hanya dalam puluhan ribu. Dan ini sudah cukup untuk membuktikan tanpa keraguan bahawa ketumpatan gas secara berterusan tertakluk kepada perubahan tempatan yang kecil. Oleh itu, medium yang homogen dari sudut pandangan "kasar" kita sebenarnya adalah heterogen. Dari "sudut pandangan cahaya" ia kelihatan mendung dan oleh itu menyerakkan cahaya.
Perubahan setempat secara rawak dalam sifat bahan, hasil daripada pergerakan terma molekul, kini dipanggil turun naik. Setelah menemui asal-usul turun naik penyebaran cahaya molekul, Mandelstam membuka jalan untuk kaedah baru untuk mengkaji bahan - turun naik atau kaedah statistik, yang kemudiannya dibangunkan oleh Smoluchowski, Lorentz, Einstein dan dirinya menjadi jabatan fizik besar yang baru - fizik statistik .
Langit mesti berkelip!
Maka, terbongkarlah misteri warna biru langit. Tetapi kajian tentang penyebaran cahaya tidak berhenti di situ. Menarik perhatian kepada perubahan yang hampir tidak dapat dilihat dalam ketumpatan udara dan menerangkan warna langit dengan penyerakan cahaya yang turun naik, Mandelstam, dengan rasa saintisnya yang tajam, menemui ciri baharu yang lebih halus dalam proses ini.
Lagipun, ketidakhomogenan udara disebabkan oleh turun naik rawak dalam ketumpatannya. Magnitud ketidakhomogenan rawak ini dan ketumpatan rumpun berubah dari semasa ke semasa. Oleh itu, saintis itu beralasan, keamatan-kekuatan cahaya yang tersebar-juga harus berubah dari semasa ke semasa! Lagipun, lebih padat rumpun molekul, lebih sengit cahaya yang bertaburan pada mereka. Dan oleh kerana rumpun ini muncul dan hilang secara huru-hara, langit, secara ringkasnya, akan berkelip! Kekuatan cahaya dan warnanya harus berubah sepanjang masa (tetapi sangat lemah)! Tetapi adakah sesiapa pernah melihat kelipan sedemikian? Sudah tentu tidak.
Kesan ini sangat halus sehingga anda tidak dapat melihatnya dengan mata kasar.
Tiada seorang pun daripada saintis telah memerhatikan perubahan seperti itu dalam cahaya langit sama ada. Mandelstam sendiri tidak mempunyai peluang untuk mengesahkan kesimpulan teorinya. Organisasi eksperimen yang kompleks pada mulanya dihalang oleh keadaan yang buruk Tsar Rusia, dan kemudian kesukaran tahun-tahun pertama revolusi, campur tangan asing dan perang saudara.
Pada tahun 1925, Mandelstam menjadi ketua jabatan di Universiti Moscow. Di sini dia bertemu dengan saintis yang cemerlang dan penguji mahir Grigory Samuilovich Landsberg. Oleh itu, terikat oleh persahabatan yang mendalam dan kepentingan saintifik yang sama, mereka bersama-sama meneruskan serangan mereka terhadap rahsia yang tersembunyi dalam sinaran cahaya yang tersebar.
Makmal optik universiti pada tahun-tahun itu masih sangat lemah dalam instrumen. Tidak ada satu pun instrumen di universiti yang mampu mengesan kerlipan langit atau perbezaan kecil dalam frekuensi kejadian dan cahaya berselerak yang diramalkan oleh teori adalah hasil daripada kerlipan ini.
Walau bagaimanapun, ini tidak menghalang penyelidik. Mereka meninggalkan idea untuk mensimulasikan langit dalam persekitaran makmal. Ini hanya akan merumitkan pengalaman yang sudah halus. Mereka memutuskan untuk tidak mempelajari penyebaran putih - cahaya kompleks, tetapi penyebaran sinar satu, kekerapan yang ditentukan dengan ketat. Jika mereka mengetahui dengan tepat kekerapan cahaya kejadian, lebih mudah untuk mencari frekuensi yang berdekatan dengannya yang sepatutnya timbul semasa penyebaran. Selain itu, teori tersebut mencadangkan agar pemerhatian lebih mudah dilakukan pepejal, kerana di dalamnya molekul terletak lebih dekat daripada gas, dan lebih padat bahan, lebih besar hamburan.
Pencarian yang teliti bermula untuk yang paling bahan yang sesuai. Akhirnya pilihan jatuh pada kristal kuarza. Semata-mata kerana kristal kuarza jernih yang besar lebih berpatutan daripada yang lain.
Ia berlangsung selama dua tahun eksperimen persediaan, sampel hablur yang paling tulen telah dipilih, teknik ini telah dipertingkatkan, tanda-tanda telah ditubuhkan yang mana tidak dapat dinafikan untuk membezakan serakan pada molekul kuarza daripada serakan pada kemasukan rawak, ketidakhomogenan kristal dan kekotoran.
Cerdik dan kerja
Kekurangan peralatan yang berkuasa untuk analisis spektrum, saintis memilih penyelesaian yang bijak yang sepatutnya memungkinkan untuk menggunakan instrumen sedia ada.
Kesukaran utama dalam kerja ini ialah cahaya lemah yang disebabkan oleh penyerakan molekul telah ditindih oleh cahaya yang lebih kuat yang diserakkan oleh kekotoran kecil dan kecacatan lain dalam sampel kristal yang diperolehi untuk eksperimen. Para penyelidik memutuskan untuk mengambil kesempatan daripada fakta bahawa cahaya bertaburan yang terbentuk oleh kecacatan kristal dan pantulan daripada pelbagai bahagian tetapan betul-betul sepadan dengan kekerapan cahaya kejadian. Mereka hanya berminat dengan cahaya dengan frekuensi yang berubah mengikut teori Mandelstam Oleh itu, tugasnya adalah untuk menyerlahkan cahaya frekuensi yang berubah yang disebabkan oleh penyerakan molekul terhadap latar belakang cahaya yang lebih terang ini.
Untuk memastikan bahawa cahaya yang bertaburan mempunyai magnitud yang boleh dikesan, saintis memutuskan untuk menerangi kuarza dengan alat pencahayaan paling berkuasa yang tersedia untuk mereka: lampu merkuri.
Jadi cahaya yang bertaburan dalam kristal mesti terdiri daripada dua bahagian: cahaya lemah frekuensi yang diubah, disebabkan oleh penyerakan molekul (kajian bahagian ini adalah matlamat saintis), dan cahaya yang lebih kuat daripada frekuensi yang tidak berubah, disebabkan oleh sebab luar (ini sebahagiannya berbahaya, ia menyukarkan penyelidikan).
Idea kaedah itu menarik kerana kesederhanaannya: adalah perlu untuk menyerap cahaya dengan frekuensi malar dan hanya meneruskan cahaya dari frekuensi yang diubah ke dalam radas spektrum. Tetapi perbezaan kekerapan hanya beberapa perseribu peratus. Tiada makmal di dunia mempunyai penapis yang mampu mengasingkan frekuensi dekat tersebut. Walau bagaimanapun, penyelesaian telah ditemui.
Cahaya bertaburan disalurkan melalui bekas yang mengandungi wap merkuri. Akibatnya, semua cahaya "berbahaya" "terperangkap" di dalam kapal, dan cahaya "berguna" melewati tanpa pengecilan yang ketara. Penguji mengambil kesempatan daripada satu keadaan yang telah diketahui. Atom jirim, seperti yang didakwa fizik kuantum, mampu memancarkan gelombang cahaya hanya pada frekuensi yang sangat spesifik. Pada masa yang sama, atom ini mampu menyerap cahaya. Lebih-lebih lagi, hanya gelombang cahaya frekuensi tersebut yang dia sendiri boleh pancarkan.
Dalam lampu merkuri, cahaya dipancarkan oleh wap merkuri, yang bersinar di bawah pengaruh nyahcas elektrik, berlaku di dalam lampu. Jika cahaya ini disalurkan melalui bekas yang juga mengandungi wap merkuri, ia akan hampir diserap sepenuhnya. Apa yang diramalkan oleh teori akan berlaku: atom merkuri di dalam kapal akan menyerap cahaya yang dipancarkan oleh atom merkuri dalam lampu.
Cahaya dari sumber lain, seperti lampu neon, akan melalui wap merkuri tanpa cedera. Atom merkuri tidak akan memberi perhatian kepadanya. Malah bahagian dunia itu tidak akan diserap lampu merkuri, yang bertaburan dalam kuarza dengan perubahan dalam panjang gelombang.
Keadaan mudah inilah yang dimanfaatkan oleh Mandelstam dan Landsberg.
Penemuan yang menakjubkan
Pada tahun 1927, eksperimen yang menentukan bermula. Para saintis menerangi kristal kuarza dengan cahaya lampu merkuri dan memproses hasilnya. Dan... mereka terkejut.
Keputusan eksperimen adalah tidak dijangka dan luar biasa. Apa yang ditemui oleh saintis tidak sama sekali seperti yang mereka harapkan, bukan apa yang diramalkan oleh teori. Mereka menemui fenomena yang sama sekali baru. Tetapi yang mana satu? Dan bukankah ini satu kesilapan? Cahaya yang tersebar tidak mendedahkan frekuensi yang dijangkakan, tetapi frekuensi yang lebih tinggi dan lebih rendah. Gabungan keseluruhan frekuensi muncul dalam spektrum cahaya bertaburan yang tidak terdapat dalam kejadian cahaya pada kuarza. Adalah mustahil untuk menjelaskan penampilan mereka dengan ketidakhomogenan optik dalam kuarza.
Pemeriksaan menyeluruh bermula. Eksperimen telah dijalankan dengan sempurna. Mereka diilhamkan begitu cerdik, sempurna dan berdaya cipta sehingga seseorang tidak dapat tidak mengagumi mereka.
"Leonid Isaakovich kadang-kadang menyelesaikan masalah teknikal yang sangat sukar dengan begitu indah dan kadang-kadang dengan cemerlang sehingga setiap daripada kita secara tidak sengaja bertanya soalan: "Mengapa ini tidak berlaku kepada saya sebelum ini?" – kata salah seorang pekerja.
pelbagai eksperimen kawalan secara berterusan mengesahkan bahawa tiada kesilapan. Dalam gambar-gambar spektrum cahaya berselerak, garisan lemah dan agak jelas kelihatan berterusan, menunjukkan kehadiran frekuensi "tambahan" dalam cahaya berserakan.
Selama beberapa bulan, saintis telah mencari penjelasan untuk fenomena ini. Di manakah frekuensi "alien" muncul dalam cahaya yang bertaburan?!
Dan hari itu tiba apabila Mandelstam dikejutkan dengan tekaan yang menakjubkan. Ia adalah penemuan yang menakjubkan, penemuan yang sama yang kini dianggap sebagai salah satu penemuan paling penting pada abad ke-20.
Tetapi kedua-dua Mandelstam dan Landsberg membuat keputusan sebulat suara bahawa penemuan ini boleh diterbitkan hanya selepas pemeriksaan yang kukuh, selepas penembusan menyeluruh ke dalam kedalaman fenomena itu. Percubaan akhir telah bermula.
Dengan bantuan matahari
Pada 16 Februari, saintis India C.N. Raman dan K.S. Krishnan menghantar telegram dari Calcutta ke majalah ini dengan Penerangan Ringkas daripada penemuannya.
Pada tahun-tahun itu, surat dari seluruh dunia berbondong-bondong ke majalah Nature tentang pelbagai penemuan. Tetapi tidak setiap mesej ditakdirkan untuk menimbulkan keseronokan di kalangan saintis. Apabila isu surat daripada saintis India keluar, ahli fizik sangat teruja. Tajuk nota sahaja ialah “ Jenis baru sinaran sekunder” – menimbulkan minat. Lagipun, optik adalah salah satu sains tertua; ia tidak selalunya mungkin untuk menemui sesuatu yang tidak diketahui di dalamnya pada abad ke-20.
Orang boleh bayangkan dengan minat ahli fizik di seluruh dunia menanti surat baharu dari Calcutta.
Minat mereka sebahagian besarnya didorong oleh keperibadian salah seorang pengarang penemuan itu, Raman. Ini adalah seorang lelaki yang mempunyai nasib yang ingin tahu dan biografi yang luar biasa, sangat mirip dengan Einstein. Einstein pada masa mudanya adalah seorang guru gimnasium yang sederhana, dan kemudian seorang pekerja pejabat paten. Dalam tempoh inilah dia menyelesaikan karya yang paling penting. Raman, seorang ahli fizik yang cemerlang, juga selepas menamatkan pengajian di universiti, terpaksa berkhidmat di bahagian kewangan selama sepuluh tahun dan hanya selepas itu dijemput ke jabatan Universiti Calcutta. Raman tidak lama kemudian menjadi ketua yang diiktiraf sekolah fizik India.
Tidak lama sebelum peristiwa yang diterangkan, Raman dan Krishnan mula berminat dengan tugas yang ingin tahu. Pada masa itu, nafsu yang disebabkan oleh penemuan pada tahun 1923 masih belum reda ahli fizik Amerika Compton, yang, semasa mengkaji laluan sinar-X melalui jirim, mendapati bahawa beberapa sinar ini, berselerak dari arah asal, meningkatkan panjang gelombangnya. Diterjemahkan ke dalam bahasa optik, kita boleh mengatakan bahawa sinar-X, bertembung dengan molekul bahan, mengubah "warna" mereka.
Fenomena ini mudah dijelaskan oleh undang-undang fizik kuantum. Oleh itu, penemuan Compton adalah salah satu bukti yang menentukan ketepatan teori kuantum muda.
Kami memutuskan untuk mencuba sesuatu yang serupa, tetapi dalam optik. ditemui oleh saintis India. Mereka ingin menghantar cahaya melalui bahan dan melihat bagaimana sinarnya akan tersebar pada molekul bahan dan sama ada panjang gelombangnya akan berubah.
Seperti yang anda lihat, secara rela atau tidak, saintis India telah menetapkan tugas yang sama seperti saintis Soviet. Tetapi matlamat mereka berbeza. Di Calcutta, mereka sedang mencari analogi optik kesan Compton. Di Moscow - pengesahan eksperimen ramalan Mandelstam tentang perubahan frekuensi apabila cahaya diserakkan oleh ketidakhomogenan turun naik.
Raman dan Krishnan mereka satu eksperimen yang kompleks kerana kesan yang dijangkakan adalah sangat kecil. Percubaan memerlukan sumber cahaya yang sangat terang. Dan kemudian mereka memutuskan untuk menggunakan matahari, mengumpul sinarnya menggunakan teleskop.
Diameter kantanya ialah lapan belas sentimeter. Para penyelidik mengarahkan cahaya yang dikumpul melalui prisma ke dalam bekas yang mengandungi cecair dan gas yang dibersihkan dengan teliti daripada habuk dan bahan cemar lain.
Tetapi untuk mengesan lanjutan panjang gelombang kecil yang dijangkakan cahaya bertaburan menggunakan putih cahaya matahari, yang mengandungi hampir semua kemungkinan panjang gelombang, tidak ada harapan. Oleh itu, saintis memutuskan untuk menggunakan penapis cahaya. Mereka meletakkan penapis biru-ungu di hadapan kanta dan memerhatikan cahaya yang tersebar melalui penapis kuning-hijau. Mereka betul-betul memutuskan bahawa penapis pertama akan tersangkut pada penapis kedua. Lagipun, penapis kuning-hijau menyerap sinar biru-ungu yang dihantar oleh penapis pertama. Dan kedua-duanya, diletakkan satu di belakang yang lain, harus menyerap semua cahaya kejadian. Jika beberapa sinar jatuh ke dalam mata pemerhati, maka mungkin untuk mengatakan dengan yakin bahawa mereka tidak berada dalam cahaya kejadian, tetapi dilahirkan dalam bahan yang dikaji.
Columbus
Sesungguhnya, dalam cahaya yang bertaburan, Raman dan Krishnan mengesan sinar yang melalui penapis kedua. Mereka merekodkan frekuensi tambahan. Ini pada dasarnya boleh menjadi kesan Compton optik. Iaitu, apabila bertaburan pada molekul bahan yang terletak di dalam kapal, cahaya biru-ungu boleh berubah warna dan menjadi kuning-hijau. Tetapi ini masih perlu dibuktikan. Mungkin ada sebab lain yang menyebabkan lampu kuning-hijau muncul. Sebagai contoh, ia boleh muncul sebagai hasil daripada luminescence - cahaya samar yang sering muncul dalam cecair dan pepejal di bawah pengaruh cahaya, haba dan sebab lain. Jelas sekali, ada satu perkara - cahaya ini dilahirkan semula, ia tidak terkandung dalam cahaya yang jatuh.
Para saintis mengulangi eksperimen mereka dengan enam cecair berbeza dan dua jenis wap. Mereka yakin bahawa luminescence atau sebab lain tidak memainkan peranan di sini.
Hakikat bahawa panjang gelombang cahaya yang kelihatan meningkat apabila ia tersebar dalam jirim seolah-olah terbukti kepada Raman dan Krishnan. Nampaknya pencarian mereka telah dinobatkan dengan kejayaan. Mereka menemui analog optik kesan Compton.
Tetapi agar eksperimen mempunyai bentuk siap dan kesimpulan yang cukup meyakinkan, adalah perlu untuk melakukan satu lagi bahagian kerja. Ia tidak mencukupi untuk mengesan perubahan dalam panjang gelombang. Ia adalah perlu untuk mengukur magnitud perubahan ini. Langkah pertama dibantu oleh penapis cahaya. Dia tidak berdaya untuk melakukan yang kedua. Di sini saintis memerlukan spektroskop - peranti yang membolehkan mereka mengukur panjang gelombang cahaya yang sedang dikaji.
Dan para penyelidik memulakan bahagian kedua, tidak kurang kompleks dan teliti. Tetapi dia juga memenuhi jangkaan mereka. Keputusan sekali lagi mengesahkan kesimpulan bahagian pertama kerja. Walau bagaimanapun, panjang gelombang ternyata besar tanpa diduga. Lebih daripada yang dijangkakan. Ini tidak mengganggu penyelidik.
Bagaimana seseorang tidak boleh mengingati Columbus di sini? Dia berusaha mencari laluan laut ke India dan, setelah melihat tanah itu, tidak ragu-ragu bahawa dia telah mencapai matlamatnya. Adakah dia mempunyai sebab untuk meragui keyakinannya apabila melihat penduduk merah dan sifat Dunia Baru yang tidak dikenali?
Bukankah benar bahawa Raman dan Krishnan, dalam usaha mereka untuk menemui kesan Compton dalam cahaya yang boleh dilihat, menyangka mereka telah menemuinya dengan memeriksa cahaya yang melalui cecair dan gas mereka?! Adakah mereka ragu-ragu apabila pengukuran menunjukkan perubahan yang tidak dijangka yang lebih besar dalam panjang gelombang sinaran yang tersebar? Apakah kesimpulan yang mereka buat daripada penemuan mereka?
Menurut saintis India, mereka menemui apa yang mereka cari. Pada 23 Mac 1928, telegram dengan artikel bertajuk "Analogi optik kesan Compton" terbang ke London. Para saintis menulis: "Oleh itu, analogi optik kesan Compton adalah jelas, kecuali kita berhadapan dengan perubahan dalam panjang gelombang yang lebih besar..." Nota: "jauh lebih besar..."
Tarian atom
Karya Raman dan Krishnan disambut dengan tepukan di kalangan saintis. Semua orang betul-betul mengagumi seni eksperimen mereka. Untuk penemuan ini, Raman telah dianugerahkan Hadiah Nobel pada tahun 1930.
Dilampirkan pada surat daripada saintis India adalah gambar spektrum, di mana garis yang menggambarkan kekerapan cahaya kejadian dan cahaya yang bertaburan pada molekul bahan mengambil tempat mereka. Gambar ini, menurut Raman dan Krishnan, menggambarkan penemuan mereka dengan lebih jelas berbanding sebelum ini.
Apabila Mandelstam dan Landsberg melihat gambar ini, mereka melihat salinan gambar yang hampir tepat yang mereka terima! Tetapi, setelah mengetahui penjelasannya, mereka segera menyedari bahawa Raman dan Krishnan tersilap.
Tidak, saintis India tidak menemui kesan Compton, tetapi fenomena yang sama sekali berbeza, yang sama yang telah dikaji oleh saintis Soviet selama bertahun-tahun...
Sementara keseronokan yang disebabkan oleh penemuan saintis India semakin berkembang, Mandelstam dan Landsberg sedang menyelesaikan eksperimen kawalan dan merumuskan keputusan muktamad yang menentukan.
Dan seterusnya pada 6 Mei 1928, mereka menghantar artikel untuk dicetak. Gambar spektrum telah dilampirkan pada artikel itu.
Menggariskan secara ringkas sejarah isu itu, para penyelidik memberi tafsiran terperinci fenomena yang mereka temui.
Jadi apakah fenomena ini yang menyebabkan ramai saintis menderita dan memerah otak mereka?
Intuisi Mandelstam yang mendalam dan minda analitikal yang jelas serta-merta memberitahu saintis bahawa perubahan yang dikesan dalam kekerapan cahaya yang tersebar tidak boleh disebabkan oleh daya antara molekul yang menyamakan ulangan rawak ketumpatan udara. Ia menjadi jelas kepada saintis bahawa sebabnya sudah pasti terletak di dalam molekul bahan itu sendiri, bahawa fenomena itu disebabkan oleh getaran intramolekul atom yang membentuk molekul.
Ayunan sedemikian berlaku dengan frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada yang mengiringi pembentukan dan penyerapan ketidakhomogenan rawak dalam medium. Getaran atom dalam molekul inilah yang mempengaruhi cahaya yang tersebar. Atom nampaknya menandakannya, meninggalkan jejak mereka di atasnya, dan menyulitkannya dengan frekuensi tambahan.
Ia adalah satu tekaan yang indah, pencerobohan berani terhadap pemikiran manusia di luar batas kubu kecil alam - molekul. Dan peninjauan ini membawa maklumat berharga tentang struktur dalamannya.
Berpegangan tangan
Oleh itu, semasa cuba mengesan perubahan kecil dalam kekerapan cahaya bertaburan yang disebabkan oleh daya antara molekul, perubahan frekuensi yang lebih besar ditemui disebabkan oleh daya intramolekul.
Oleh itu, untuk menjelaskan fenomena baru, yang dipanggil "Raman hamburan cahaya," ia sudah cukup untuk menambah teori penyebaran molekul yang dicipta oleh Mandelstam dengan data mengenai pengaruh getaran atom di dalam molekul. Fenomena baru itu ditemui hasil daripada perkembangan idea Mandelstam, yang dirumuskan olehnya pada tahun 1918.
Ya, bukan tanpa sebab, seperti yang dikatakan oleh Academician S.I. Vavilov, "Alam memberi Leonid Isaakovich dengan fikiran yang luar biasa, berwawasan, halus, yang segera menyedari dan memahami perkara utama yang dilalui oleh majoriti secara acuh tak acuh. Ini adalah bagaimana intipati turun naik penyebaran cahaya difahami, dan ini adalah bagaimana idea perubahan dalam spektrum semasa penyerakan cahaya muncul, yang menjadi asas kepada penemuan hamburan Raman."
Selepas itu, manfaat besar diperoleh daripada penemuan ini dan ia menerima aplikasi praktikal yang berharga.
Pada saat penemuannya, ia kelihatan hanya sumbangan yang paling berharga kepada sains.
Bagaimana pula dengan Raman dan Krishnan? Bagaimanakah mereka bertindak balas terhadap penemuan saintis Soviet, dan juga kepada mereka sendiri? Adakah mereka faham apa yang mereka temui?
Jawapan kepada soalan-soalan ini terkandung dalam surat berikut dari Raman dan Krishnan, yang mereka hantar kepada akhbar 9 hari selepas penerbitan artikel oleh saintis Soviet. Ya, mereka menyedari bahawa fenomena yang mereka perhatikan bukanlah kesan Compton. Ini adalah Raman yang menghamburkan cahaya.
Selepas penerbitan surat Raman dan Krishnan dan artikel Mandelstam dan Landsberg, menjadi jelas kepada saintis di seluruh dunia bahawa fenomena yang sama secara bebas dan hampir serentak dibuat dan dipelajari di Moscow dan Calcutta. Tetapi ahli fizik Moscow mengkajinya dalam kristal kuarza, dan ahli fizik India mengkajinya dalam cecair dan gas.
Dan paralelisme ini, tentu saja, tidak disengajakan. Dia bercakap tentang kaitan masalah dan kepentingan saintifiknya yang besar. Tidak menghairankan bahawa keputusan yang hampir dengan kesimpulan Mandelstam dan Raman pada akhir April 1928 juga diperoleh secara bebas oleh saintis Perancis Rocard dan Kaban. Selepas beberapa lama, saintis teringat bahawa pada tahun 1923, ahli fizik Czech Smekal secara teorinya meramalkan fenomena yang sama. Mengikuti kerja Smekal, penyelidikan teori oleh Kramers, Heisenberg, dan Schrödinger muncul.
Nampaknya, hanya kekurangan maklumat saintifik dapat menjelaskan hakikat bahawa saintis di banyak negara berusaha menyelesaikan masalah yang sama tanpa mengetahuinya.
Tiga puluh tujuh tahun kemudian
Kajian Raman bukan sahaja menemui bab baru dalam ilmu cahaya. Pada masa yang sama mereka memberi senjata ampuh teknologi. Industri mempunyai cara terbaik untuk mengkaji sifat jirim.
Lagipun, frekuensi Raman hamburan cahaya adalah kesan yang ditindih pada cahaya oleh molekul medium yang menyerakkan cahaya. Dan kesan ini tidak sama dalam bahan yang berbeza. Inilah yang memberi Ahli Akademik Mandelstam hak untuk memanggil Raman hamburan cahaya sebagai "bahasa molekul." Kepada mereka yang boleh membaca jejak molekul pada sinar cahaya dan menentukan komposisi cahaya yang bertaburan, molekul, menggunakan bahasa ini, akan memberitahu tentang rahsia strukturnya.
Pada negatif gambar spektrum Raman tidak ada apa-apa selain garis-garis hitam yang berbeza-beza. Tetapi daripada gambar ini, pakar akan mengira frekuensi getaran intramolekul yang muncul dalam cahaya yang bertaburan selepas ia melalui bahan tersebut. Foto itu akan memberitahu anda tentang banyak aspek yang tidak diketahui sehingga kini kehidupan batin molekul: tentang strukturnya, tentang daya yang mengikat atom menjadi molekul, tentang pergerakan relatif atom. Dengan belajar untuk menguraikan spektrogram Raman, ahli fizik belajar memahami "bahasa ringan" pelik yang mana molekul memberitahu tentang diri mereka sendiri. Jadi penemuan baru memungkinkan untuk menembusi lebih dalam ke dalam struktur dalaman molekul.
Hari ini, ahli fizik menggunakan taburan Raman untuk mengkaji struktur cecair, hablur dan bahan berkaca. Ahli kimia menggunakan kaedah ini untuk menentukan struktur pelbagai sebatian.
Kaedah untuk mengkaji bahan menggunakan fenomena hamburan cahaya Raman telah dibangunkan oleh kakitangan makmal Institut Fizikal dinamakan sempena P.N. Akademi Sains Lebedev USSR, yang diketuai oleh Ahli Akademik Landsberg.
Kaedah ini membolehkan, di makmal kilang, untuk melakukan analisis kuantitatif dan kualitatif dengan cepat dan tepat bagi petrol penerbangan, produk retak, produk petroleum dan banyak cecair organik kompleks yang lain. Untuk melakukan ini, cukup untuk menerangi bahan yang sedang dikaji dan menggunakan spektrograf untuk menentukan komposisi cahaya yang bertaburan olehnya. Nampak sangat mudah. Tetapi sebelum kaedah ini ternyata benar-benar mudah dan pantas, saintis terpaksa bekerja keras untuk mencipta peralatan yang tepat dan sensitif. Dan itulah sebabnya.
Daripada jumlah tenaga cahaya yang memasuki bahan yang dikaji, hanya bahagian yang tidak penting - kira-kira satu per sepuluh bilion - menyumbang bahagian cahaya yang tersebar. Dan taburan Raman jarang menyumbang walaupun dua atau tiga peratus daripada nilai ini. Nampaknya, inilah sebabnya Raman berselerak sendiri kekal tidak disedari untuk masa yang lama. Tidak menghairankan bahawa untuk mendapatkan gambar Raman yang pertama memerlukan pendedahan berpuluh-puluh jam.
Peralatan moden yang dicipta di negara kita memungkinkan untuk mendapatkan spektrum gabungan bahan tulen dalam beberapa minit, dan kadang-kadang bahkan beberapa saat! Walaupun untuk analisis campuran kompleks, di mana bahan individu terdapat dalam jumlah beberapa peratus, masa pendedahan tidak lebih daripada satu jam biasanya mencukupi.
Tiga puluh tujuh tahun telah berlalu sejak bahasa molekul yang dirakam pada plat fotografi ditemui, ditafsir dan difahami oleh Mandelstam dan Landsberg, Raman dan Krishnan. Sejak itu, kerja keras telah dilakukan di seluruh dunia untuk menyusun "kamus" bahasa molekul, yang pakar optik memanggil katalog frekuensi Raman. Apabila katalog sedemikian disusun, penyahkodan spektrogram akan dipermudahkan dan penyerakan Raman akan menjadi lebih lengkap untuk perkhidmatan sains dan industri.
Teks kerja disiarkan tanpa imej dan formula.
Versi penuh kerja tersedia dalam tab "Fail Kerja" dalam format PDF
Semasa bermain di jalanan, saya pernah melihat langit, ia adalah luar biasa: tanpa dasar, tidak berkesudahan dan biru, biru! Dan hanya awan yang menutupi sedikit warna biru ini. Saya tertanya-tanya, kenapa langit biru? Saya segera teringat lagu Alice musang dari kisah dongeng tentang Pinocchio "Sungguh langit biru...!" dan pelajaran geografi, di mana, semasa mempelajari topik "Cuaca," kami menerangkan keadaan langit dan juga mengatakan bahawa ia berwarna biru. Lagipun, kenapa langit biru? Setibanya di rumah, saya bertanya soalan ini kepada ibu saya. Dia memberitahu saya bahawa apabila orang menangis, mereka meminta pertolongan syurga. Langit mengambil air mata mereka, sehingga menjadi biru seperti tasik. Tetapi cerita ibu saya tidak memenuhi soalan saya. Saya memutuskan untuk bertanya kepada rakan sekelas dan guru saya jika mereka tahu mengapa langit berwarna biru? 24 pelajar dan 17 guru telah mengambil bahagian dalam tinjauan tersebut. Selepas memproses soal selidik, kami menerima keputusan berikut:
Di sekolah, semasa pelajaran geografi, saya bertanya kepada guru soalan ini. Dia menjawab saya bahawa warna langit boleh dijelaskan dengan mudah dari sudut pandangan fizik. Fenomena ini dipanggil penyebaran. Dari Wikipedia saya belajar bahawa penyebaran ialah proses penguraian cahaya kepada spektrum. Guru geografi Larisa Borisovna mencadangkan saya memerhati fenomena ini secara eksperimen. Dan kami pergi ke bilik fizik. Vasily Aleksandrovich, seorang guru fizik, dengan rela hati bersetuju untuk membantu kami dalam hal ini. Menggunakan peralatan khas, saya dapat mengesan bagaimana proses penyebaran berlaku di alam semula jadi.
Untuk mencari jawapan kepada soalan mengapa langit berwarna biru, kami memutuskan untuk menjalankan kajian. Beginilah tercetusnya idea untuk menulis projek. Bersama penyelia saya, kami menentukan topik, tujuan dan objektif penyelidikan, mengemukakan hipotesis, menentukan kaedah dan mekanisme penyelidikan untuk melaksanakan idea kami.
Hipotesis: Cahaya dihantar ke Bumi oleh Matahari dan selalunya apabila kita melihatnya, ia kelihatan putih mempesonakan kepada kita. Adakah itu bermakna langit harus putih? Tetapi pada hakikatnya langit adalah biru. Dalam perjalanan kajian kita akan mencari penjelasan untuk percanggahan ini.
Sasaran: cari jawapan kepada soalan mengapa langit berwarna biru dan ketahui warnanya bergantung kepada apa.
Tugasan: 1. Biasakan diri anda dengan bahan teori mengenai topik tersebut
2. Kaji secara eksperimen fenomena penyebaran cahaya
3. Perhatikan warna langit pada masa yang berbeza dalam sehari dan dalam keadaan cuaca yang berbeza
Objek kajian: langit
item: cahaya dan warna langit
Kaedah penyelidikan: analisis, eksperimen, pemerhatian
Peringkat kerja:
1. Teori
2. Praktikal
3. Akhir: kesimpulan tentang topik kajian
Kepentingan praktikal kerja: Bahan kajian boleh digunakan dalam pelajaran geografi dan fizik sebagai modul pengajaran.
2. Bahagian utama.
2.1. Aspek teori Masalah. Fenomena langit biru dari sudut fizik
Mengapa langit biru - sangat sukar untuk mencari jawapan kepada soalan yang begitu mudah. Pertama, mari kita tentukan konsep. Langit ialah ruang di atas Bumi atau permukaan mana-mana objek astronomi lain. Secara umum, langit biasanya dipanggil panorama yang terbuka apabila melihat dari permukaan Bumi (atau objek astronomi lain) ke arah angkasa.
Ramai saintis telah memerah otak mereka untuk mencari jawapan. Leonardo da Vinci, melihat api di perapian, menulis: "Cahaya di atas kegelapan menjadi biru." Tetapi hari ini diketahui bahawa gabungan putih dan hitam menghasilkan kelabu.
nasi. 1. Hipotesis Leonardo da Vinci
Isaac Newton hampir menjelaskan warna langit, namun, untuk ini dia terpaksa mengandaikan bahawa titisan air yang terkandung di atmosfera mempunyai dinding nipis seperti buih sabun. Tetapi ternyata titisan ini adalah sfera, yang bermaksud ia tidak mempunyai ketebalan dinding. Dan seterusnya gelembung Newton pecah!
nasi. 2. Hipotesis Newton
Penyelesaian terbaik untuk masalah itu telah dicadangkan kira-kira 100 tahun yang lalu ahli fizik Inggeris Tuan John Rayleigh. Tetapi mari kita mulakan dari awal. Matahari memancarkan cahaya putih yang menyilaukan, yang bermaksud warna langit sepatutnya sama, tetapi ia masih biru. Apakah yang berlaku kepada cahaya putih di atmosfera? Melewati atmosfera, seolah-olah melalui prisma, ia terpecah menjadi tujuh warna. Anda mungkin tahu baris ini: setiap pemburu ingin tahu di mana burung itu duduk. Terdapat makna mendalam yang tersembunyi dalam ayat-ayat ini. Mereka mewakili kepada kita warna utama dalam spektrum cahaya yang boleh dilihat.
nasi. 3. Spektrum cahaya putih.
Demonstrasi semula jadi terbaik spektrum ini, sudah tentu, pelangi.
nasi. 4 Spektrum cahaya yang boleh dilihat
Cahaya nampak ialah radiasi elektromagnetik, yang gelombangnya mempunyai panjang yang berbeza. Ya dan tidak cahaya nampak, mata kita tidak menyedarinya. Ini adalah ultraviolet dan inframerah. Kami tidak nampak kerana panjangnya sama ada terlalu panjang atau terlalu pendek. Melihat cahaya bermakna melihat warnanya, tetapi warna yang kita lihat bergantung pada panjang gelombang. Gelombang yang paling lama kelihatan berwarna merah, dan yang terpendek adalah ungu.
Keupayaan cahaya untuk menyebar, iaitu, untuk merambat dalam medium, juga bergantung kepada panjang gelombang. Gelombang cahaya merah menyerakkan yang paling teruk, tetapi warna biru dan ungu ada berkebolehan tinggi kepada penyebaran.
nasi. 5. Keupayaan penyebaran cahaya
Dan akhirnya, kita hampir dengan jawapan kepada soalan kita, mengapa langit biru? Seperti yang dinyatakan di atas, putih adalah campuran semua warna yang mungkin. Apabila ia berlanggar dengan molekul gas, setiap tujuh komponen warna cahaya putih bertaburan. Pada masa yang sama, cahaya dengan gelombang yang lebih panjang bertaburan lebih teruk daripada cahaya dengan gelombang pendek. Kerana ini, 8 kali lebih banyak spektrum biru kekal di udara daripada merah. Walaupun gelombang terpendek ialah ungu, langit masih kelihatan biru akibat percampuran ombak ungu dan hijau. Di samping itu, mata kita melihat biru lebih baik daripada ungu, memandangkan kecerahan yang sama bagi kedua-duanya. Fakta-fakta inilah yang menentukan skema warna langit: atmosfera benar-benar dipenuhi dengan sinar warna biru-biru.
Walau bagaimanapun, langit tidak selalunya biru. Pada siang hari kita melihat langit sebagai biru, cyan, kelabu, pada waktu petang - merah (Lampiran 1). Mengapa matahari terbenam berwarna merah? Semasa matahari terbenam, Matahari menghampiri ufuk, dan sinar matahari diarahkan ke permukaan Bumi bukan secara menegak, seperti pada siang hari, tetapi pada sudut. Oleh itu, laluan yang diambil melalui atmosfera adalah banyak Tambahan pula bahawa ia berlaku pada siang hari apabila matahari tinggi. Disebabkan ini, spektrum biru-biru diserap di atmosfera sebelum sampai ke Bumi, dan gelombang cahaya spektrum merah yang lebih panjang mencapai permukaan Bumi, mewarnai langit dalam ton merah dan kuning. Perubahan warna langit jelas berkaitan dengan putaran Bumi di sekeliling paksinya, dan oleh itu sudut tuju cahaya di Bumi.
2.2. Aspek praktikal. Kaedah eksperimen untuk menyelesaikan masalah
Dalam kelas fizik saya berkenalan dengan alat spektrograf. Vasily Aleksandrovich, seorang guru fizik, memberitahu saya prinsip operasi peranti ini, selepas itu saya secara bebas menjalankan eksperimen yang dipanggil penyebaran. Sinar cahaya putih yang melalui prisma dibiaskan dan kita melihat pelangi pada skrin. (Lampiran 2). Pengalaman ini membantu saya memahami bagaimana penciptaan alam semula jadi yang menakjubkan ini muncul di langit. Dengan bantuan spektrograf, saintis hari ini boleh mendapatkan maklumat tentang komposisi dan sifat pelbagai bahan.
Foto 1. Demonstrasi pengalaman penyebaran dalam
bilik fizik
Saya mahu mendapatkan pelangi di rumah. Guru geografi saya, Larisa Borisovna, memberitahu saya bagaimana untuk melakukan ini. Analog spektrograf ialah bekas kaca dengan air, cermin, lampu suluh dan sehelai kertas putih. Letakkan cermin di dalam bekas air dan letakkan sehelai kertas putih di belakang bekas. Kami mengarahkan cahaya lampu suluh ke cermin supaya cahaya yang dipantulkan jatuh ke atas kertas. Pelangi telah muncul di sehelai kertas lagi! (Lampiran 3). Adalah lebih baik untuk menjalankan eksperimen di dalam bilik yang gelap.
Kami telah mengatakan di atas bahawa cahaya putih pada dasarnya sudah mengandungi semua warna pelangi. Anda boleh memastikan ini dan mengumpul semua warna kembali kepada putih dengan membuat bahagian atas pelangi (Lampiran 4). Jika anda memutarkannya terlalu kuat, warna akan bergabung dan cakera akan bertukar menjadi putih.
Walaupun penerangan saintifik Pembentukan pelangi, fenomena ini kekal sebagai salah satu cermin mata optik misteri di atmosfera. Tonton dan nikmati!
3. Kesimpulan
Dalam mencari jawapan kepada soalan yang sering ditanya oleh ibu bapa soal kanak-kanak"Kenapa langit biru?" Saya belajar banyak perkara yang menarik dan memberi pengajaran. Percanggahan dalam hipotesis kami hari ini mempunyai penjelasan saintifik:
Seluruh rahsia adalah dalam warna langit di atmosfera kita - dalam sampul udara planet bumi.
Sinaran putih matahari, melalui atmosfera, terpecah menjadi sinar tujuh warna.
Sinar merah dan oren adalah yang terpanjang, dan sinar biru adalah yang terpendek.
Sinar biru mencapai Bumi kurang daripada yang lain, dan terima kasih kepada sinar ini langit diserap dengan warna biru
Langit tidak selalunya biru dan ini disebabkan oleh pergerakan paksi Bumi.
Secara eksperimen, kami dapat melihat dan memahami cara penyebaran berlaku dalam alam semula jadi. hidup jam kelas Di sekolah saya memberitahu rakan sekelas saya mengapa langit berwarna biru. Ia juga menarik untuk mengetahui di mana seseorang boleh memerhatikan fenomena penyebaran dalam kita Kehidupan seharian. Saya telah menemui beberapa kegunaan praktikal untuk fenomena unik ini. (Lampiran 5). Pada masa akan datang saya ingin sambung belajar langit. Berapa banyak lagi misteri yang disimpannya? Apakah fenomena lain yang berlaku di atmosfera dan apakah sifatnya? Bagaimanakah ia mempengaruhi manusia dan semua kehidupan di Bumi? Mungkin ini akan menjadi topik kajian masa depan saya.
Bibliografi
1. Wikipedia - ensiklopedia percuma
2. L.A. Malikova. Manual elektronik dalam fizik "optik geometri"
3. Peryshkin A.V. Fizik. darjah 9. Buku teks. M.: Bustard, 2014, hlm.202-209
4. htt;/www. voprosy-kak-ipochemu.ru
5. Arkib foto peribadi "Sky over Golyshmanovo"
Lampiran 1.
"Langit di atas Golyshmanovo"(arkib foto peribadi)
Lampiran 2.
Penyerakan cahaya menggunakan spektrograf
Lampiran 3.
Penyerakan ringan di rumah
"pelangi"
Lampiran 4.
Atas pelangi
Atas semasa rehat Atas semasa putaran
Lampiran 5.
Variasi dalam kehidupan manusia
Diamond Lights di atas kapal terbang
Lampu depan kereta
Tanda-tanda reflektif
HIPOTESIS: Rancangan kerja: Kaji apa itu cahaya; Menyiasat perubahan warna medium lutsinar bergantung pada sudut tuju sinar cahaya; Berikan penjelasan saintifik bagi fenomena yang diperhatikan Perubahan warna langit dikaitkan dengan sudut sinaran cahaya yang memasuki atmosfera Bumi.
Bahagian teori Semua orang telah melihat bagaimana tepi kristal dan titisan kecil embun berkilauan dengan semua warna pelangi. Apa yang sedang berlaku? Lagipun, sinaran cahaya matahari putih jatuh pada badan yang telus dan tidak berwarna. Fenomena ini telah diketahui oleh orang ramai sejak sekian lama. Untuk masa yang lama Adalah dipercayai bahawa cahaya putih adalah yang paling mudah, dan warna yang dicipta adalah ciri khas badan tertentu.
1865 James Maxwell. Mencipta teori gelombang elektromagnet. Cahaya ialah gelombang elektromagnet. Heinrich Hertz menemui kaedah untuk mencipta dan mengedarkan gelombang elektromagnet.
Cahaya ialah gelombang elektromagnet yang merupakan himpunan gelombang dengan panjang yang berbeza. Dengan penglihatan kita, kita melihat selang kecil panjang gelombang sebagai cahaya. Bersama-sama ombak ini memberi kita cahaya putih. Dan jika kita memilih beberapa bahagian gelombang dari selang ini, maka kita menganggapnya sebagai cahaya yang mempunyai beberapa jenis warna. Terdapat tujuh warna utama secara keseluruhan.
Prosedur eksperimen: Isikan bekas (akuarium) dengan air; Tambah sedikit susu ke dalam air (ini adalah zarah debu) Arahkan cahaya dari lampu suluh di atas air; Ini adalah warna langit pada waktu tengah hari. Kami menukar sudut tuju cahaya di atas air daripada 0 kepada 90. Perhatikan perubahan warna.
Kesimpulan: Perubahan warna langit bergantung kepada sudut di mana sinaran cahaya memasuki atmosfera Bumi. Warna langit berubah pada siang hari daripada biru kepada merah. Dan apabila cahaya tidak memasuki atmosfera, maka tempat ini Malam jatuh ke bumi. Pada waktu malam di cuaca yang menggalakkan cahaya datang kepada kita daripada bintang yang jauh dan bulan bersinar dengan cahaya yang dipantulkan.
Institusi pendidikan belanjawan perbandaran
"Sekolah menengah Kislovskaya" daerah Tomsk
Penyelidikan
Topik: “Mengapa matahari terbenam berwarna merah...”
(Penyebaran cahaya)
Kerja selesai: ,
pelajar kelas 5A
Penyelia;
guru kimia
1. Pengenalan ………………………………………………………………… 3
2. Bahagian utama………………………………………………………………4
3. Apakah cahaya ………………………………………………………………… 4
Subjek kajian– matahari terbenam dan langit.
Hipotesis penyelidikan:
Matahari mempunyai sinaran yang mewarnai langit dalam pelbagai warna;
Warna merah boleh didapati dalam keadaan makmal.
Kaitan topik saya terletak pada fakta bahawa ia akan menarik dan berguna untuk pendengar kerana ramai orang melihat langit biru yang jernih dan mengaguminya, dan hanya sedikit yang tahu mengapa ia sangat biru pada siang hari dan merah pada waktu matahari terbenam dan apa yang memberikannya. adalah warnanya.
2. Bahagian utama
Pada pandangan pertama, soalan ini kelihatan mudah, tetapi sebenarnya ia mempengaruhi aspek mendalam pembiasan cahaya di atmosfera. Sebelum anda boleh memahami jawapan kepada soalan ini, anda perlu mempunyai idea tentang apa itu cahaya..jpg" align="left" height="1 src=">
Apakah cahaya?
Cahaya matahari adalah tenaga. Panas sinaran matahari, difokuskan oleh kanta, bertukar menjadi api. Cahaya dan haba dipantulkan oleh permukaan putih dan diserap oleh permukaan hitam. sebab tu baju putih lebih sejuk daripada hitam.
Apakah sifat cahaya? Orang pertama yang serius cuba mempelajari cahaya ialah Isaac Newton. Dia percaya bahawa cahaya terdiri daripada zarah korpuskular yang ditembakkan seperti peluru. Tetapi beberapa ciri cahaya tidak dapat dijelaskan oleh teori ini.
Seorang lagi saintis, Huygens, mencadangkan penjelasan yang berbeza untuk sifat cahaya. Dia membangunkan teori "gelombang" cahaya. Dia percaya bahawa cahaya membentuk denyutan, atau gelombang, dengan cara yang sama seperti batu yang dilemparkan ke dalam kolam menghasilkan gelombang.
Apakah pandangan saintis hari ini tentang asal usul cahaya? Pada masa ini dipercayai bahawa gelombang cahaya mempunyai ciri-ciri kedua-dua zarah dan gelombang pada masa yang sama. Eksperimen sedang dijalankan untuk mengesahkan kedua-dua teori.
Cahaya terdiri daripada foton - zarah tanpa berat tanpa jisim, bergerak pada kelajuan kira-kira 300,000 km/s dan mempunyai sifat gelombang. Kekerapan gelombang cahaya menentukan warnanya. Di samping itu, semakin tinggi frekuensi ayunan, semakin pendek panjang gelombang. Setiap warna mempunyai frekuensi getaran dan panjang gelombangnya sendiri. Cahaya matahari putih terdiri daripada pelbagai warna yang boleh dilihat apabila ia dibiaskan melalui prisma kaca.
1. Prisma menguraikan cahaya.
2. Cahaya putih adalah kompleks.
Jika anda melihat dengan teliti laluan cahaya yang melalui Prisma segi tiga, maka anda boleh melihat bahawa penguraian cahaya putih bermula sebaik sahaja cahaya itu berlalu dari udara ke dalam kaca. Daripada kaca, anda boleh menggunakan bahan lain yang lutsinar kepada cahaya.
Sungguh mengagumkan bahawa eksperimen ini telah bertahan berabad-abad, dan metodologinya masih digunakan di makmal tanpa perubahan ketara.
dispersio (lat.) – serakan, serakan - serakan
I. Eksperimen Newton tentang serakan.
I. Newton adalah orang pertama yang mengkaji fenomena penyebaran cahaya dan dianggap sebagai salah satu yang paling penting kebaikan saintifik. Tidak hairanlah pada batu nisannya, didirikan pada tahun 1731 dan dihiasi dengan figura pemuda yang memegang lambangnya di tangan mereka penemuan utama, satu figura memegang prisma, dan inskripsi pada monumen itu mengandungi perkataan: "Dia menyiasat perbezaan sinaran cahaya dan pelbagai sifat yang muncul pada masa yang sama, yang tidak pernah disyaki oleh sesiapa pun sebelum ini." Kenyataan terakhir tidak sepenuhnya tepat. Penyebaran diketahui lebih awal, tetapi ia tidak dikaji secara terperinci. Semasa menambah baik teleskop, Newton menyedari bahawa imej yang dihasilkan oleh kanta berwarna di bahagian tepi. Dengan meneliti tepi yang diwarnai oleh pembiasan, Newton membuat penemuannya dalam bidang optik.
Spektrum yang boleh dilihat
Apabila rasuk putih diuraikan dalam prisma, spektrum terbentuk di mana sinaran panjang yang berbeza gelombang dibiaskan di bawah sudut yang berbeza. Warna yang termasuk dalam spektrum, iaitu, warna yang boleh dihasilkan oleh gelombang cahaya satu panjang gelombang (atau julat yang sangat sempit), dipanggil warna spektrum. Warna spektrum utama (mempunyai nama yang betul), serta ciri-ciri pelepasan warna ini, dibentangkan dalam jadual:
Setiap "warna" dalam spektrum mesti dibandingkan gelombang cahaya panjang tertentu
Idea spektrum yang paling mudah boleh diperolehi dengan melihat pelangi. Cahaya putih, dibiaskan dalam titisan air, membentuk pelangi, kerana ia terdiri daripada banyak sinar semua warna, dan ia dibiaskan secara berbeza: yang merah adalah yang paling lemah, biru dan ungu adalah yang paling kuat. Ahli astronomi mengkaji spektrum Matahari, bintang, planet, dan komet, kerana banyak yang boleh dipelajari daripada spektrum.
Nitrogen" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">nitrogen. Cahaya merah dan biru berinteraksi secara berbeza dengan oksigen. Memandangkan panjang gelombang warna biru lebih kurang sepadan dengan saiz atom oksigen dan kerana biru ini cahaya diserakkan oleh oksigen masuk sisi yang berbeza, manakala cahaya merah dengan tenang melalui lapisan atmosfera. Malah, cahaya ungu lebih banyak tersebar di atmosfera, tetapi mata manusia kurang sensitif terhadapnya berbanding cahaya biru. Hasilnya ialah mata manusia menangkap cahaya biru yang bertaburan oleh oksigen dari semua sisi, itulah sebabnya langit kelihatan biru kepada kita.
Tanpa atmosfera di Bumi, Matahari akan kelihatan kepada kita sebagai bintang putih terang dan langit akan menjadi hitam.
0 " style="border-collapse:collapse;border:none">
Fenomena luar biasa
https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg" alt=" Lampu Kutub" align="left" width="140" height="217 src="> Auroras Sejak zaman purba, orang telah mengagumi gambaran agung aurora dan tertanya-tanya tentang asal usulnya. Salah satu sebutan terawal tentang aurora terdapat dalam Aristotle. Dalam "Meteorologi", yang ditulis 2300 tahun yang lalu, anda boleh membaca: "Kadang-kadang pada malam yang cerah banyak fenomena diperhatikan di langit - jurang, jurang, warna merah darah...
Nampaknya ada api yang sedang marak."
Mengapakah riak pancaran jernih pada waktu malam?
Nyalaan nipis apakah yang merebak ke langit?
Bagai kilat tanpa awan yang mengancam
Berusaha dari tanah ke puncak?
Macam mana boleh jadi bola beku
Adakah terdapat kebakaran pada pertengahan musim sejuk?
Apakah aurora borealis? Bagaimana ia terbentuk?
Jawab. Aurora ialah cahaya bercahaya yang terhasil daripada interaksi zarah bercas (elektron dan proton) yang terbang dari Matahari dengan atom dan molekul. atmosfera bumi. Kemunculan zarah bercas ini di kawasan tertentu atmosfera dan pada ketinggian tertentu adalah hasil daripada interaksi angin suria Dengan medan magnet Bumi.
Aerosol" href="/text/category/ayerozolmz/" rel="bookmark">penyerakan aerosol habuk dan lembapan, ini adalah punca utama penguraian warna cerah(variance). Pada kedudukan zenit, kejadian sinar matahari pada komponen aerosol udara berlaku hampir pada sudut tepat, lapisan mereka di antara mata pemerhati dan matahari adalah tidak ketara. Semakin rendah matahari turun ke ufuk, semakin tebal lapisan meningkat udara atmosfera dan jumlah penggantungan aerosol di dalamnya. cahaya matahari, berbanding pemerhati, tukar sudut tuju pada zarah terampai, dan kemudian serakan cahaya matahari diperhatikan. Jadi, seperti yang dinyatakan di atas, cahaya matahari terdiri daripada tujuh warna asas. Setiap warna, seperti gelombang elektromagnet, mempunyai panjang dan keupayaan tersendiri untuk menghilang di atmosfera. Warna-warna utama spektrum disusun mengikut urutan pada skala, dari merah hingga ungu. Kebolehan paling sedikit Warna merah terdedah kepada penyebaran (dan oleh itu penyerapan) di atmosfera. Dengan fenomena penyebaran, semua warna yang mengikut merah pada skala ditaburkan oleh komponen penggantungan aerosol dan diserap oleh mereka. Pemerhati hanya melihat warna merah. Ini bermakna semakin tebal lapisan udara atmosfera, semakin tinggi ketumpatan bahan terampai, semakin banyak sinaran spektrum akan bertaburan dan diserap. Terkenal satu fenomena alam: selepas letusan kuat gunung berapi Krakatau pada tahun 1883, dalam tempat berbeza planet, selama beberapa tahun, matahari terbenam merah yang luar biasa terang telah diperhatikan. Ini dijelaskan oleh pelepasan kuat debu gunung berapi ke atmosfera semasa letusan.
Saya fikir penyelidikan saya tidak akan berakhir di sini. Saya masih mempunyai soalan. Saya ingin tahu:
Apa yang berlaku apabila sinar cahaya melalui pelbagai cecair dan larutan;
Bagaimana cahaya dipantulkan dan diserap.
Setelah menyelesaikan kerja ini, saya menjadi yakin tentang betapa banyak perkara yang menakjubkan dan berguna aktiviti amali mungkin melibatkan fenomena biasan cahaya. Ini yang membolehkan saya memahami mengapa matahari terbenam berwarna merah.
kesusasteraan
1. Fizik. Kimia. 5-6 darjah Buku teks. M.: Bustard, 2009, hlm.106
2. Fenomena keluli Damask dalam alam semula jadi. M.: Pendidikan, 1974, 143 hlm.
3. "Siapa yang membuat pelangi?" – Kvant 1988, No. 6, hlm.
4. Newton I. Kuliah mengenai optik. Tarasov dalam alam semula jadi. – M.: Pendidikan, 1988
Sumber Internet:
1. http://potomi. ru/ Mengapa langit berwarna biru?
2. http://www. voprosy-kak-i-pochemu. ru Mengapa langit biru?
3. http://expirience. ru/kategori/pendidikan/