Gökyüzü neden mavi? Güneş neden sarıdır? Çok doğal olan bu sorular, eski çağlardan beri insanın önünde ortaya çıkmıştır. Ancak bu olayların doğru bir açıklamasına ulaşmak için Orta Çağ'ın ve daha sonra 19. yüzyılın sonuna kadar önde gelen bilim adamlarının çabaları gerekti.
Hangi hipotezler vardı? Hangi hipotezler öne sürülmedi? farklı zamanlar gökyüzünün rengini açıklamak için. 1. hipotez Karanlık bir şöminenin arka planında dumanın nasıl mavimsi bir renk kazandığını gözlemleyen Leonardo da Vinci şunu yazdı: ... karanlığın üzerindeki aydınlık maviye döner, aydınlık ve karanlık ne kadar güzel olursa o kadar güzel olur." Goethe yaklaşık olarak aynı noktaya bağlı kaldı. Sadece dünyaca ünlü bir şair değil, aynı zamanda zamanının en büyük doğa bilimcisi olan bu görüş, daha sonra siyah ve beyazın karıştırıldığı anlaşıldığı için, gökyüzünün rengine ilişkin bu açıklamanın savunulamaz olduğu ortaya çıktı. şömineden çıkan dumanın mavi rengi değil, yalnızca gri tonlarını verebilmesi tamamen farklı bir süreçten kaynaklanmaktadır.
Hangi hipotezler vardı? Hipotez 2 Girişimin keşfedilmesinden sonra, özellikle ince filmler Newton gökyüzünün rengini açıklamak için girişim uygulamaya çalıştı. Bunu yapabilmek için su damlacıklarının sabun köpüğü gibi ince duvarlı kabarcıklar şeklinde olduğunu varsayması gerekiyordu. Ancak atmosferdeki su damlacıkları aslında küre şeklinde olduğundan bu hipotez de çok geçmeden patladı. kabarcık.
Hangi hipotezler vardı? 3 hipotez 18. yüzyılın bilim adamları. Marriott, Bouguer ve Euler, gökyüzünün mavi renginin, havayı oluşturan parçaların kendine özgü rengiyle açıklandığını düşünüyorlardı. Hatta bu açıklama daha sonra, 19. yüzyılda, şu tespit edildiğinde bir miktar onay aldı: sıvı oksijen rengi mavidir ve sıvı ozon mavidir. O. B. Saussure gökyüzünün rengine ilişkin doğru açıklamaya en çok yaklaşan kişiydi. Hava tamamen saf olsaydı gökyüzünün siyah olacağına, ancak havanın ağırlıklı olarak mavi rengi yansıtan yabancı maddeler (özellikle su buharı ve su damlacıkları) içerdiğine inanıyordu.
Araştırmanın sonuçları: İnce, katı bir yapı yaratan ilk kişi matematiksel teoriışığın atmosferdeki moleküler saçılımı İngilizceydi bilim adamı Rayleigh. Işık saçılımının seleflerinin düşündüğü gibi safsızlıklar üzerinde değil, hava moleküllerinin kendisinde meydana geldiğine inanıyordu. Gökyüzünün rengini açıklamak için Rayleigh teorisinin sonuçlarından yalnızca birini sunuyoruz:
Çalışmanın sonuçları: Saçılan ışınların karışımının rengi mavi olacaktır Saçılan ışığın parlaklığı veya yoğunluğu, saçılan parçacık üzerine gelen ışığın dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı olarak değişir. Bu nedenle moleküler saçılma, ışığın dalga boyundaki en ufak değişikliğe karşı son derece duyarlıdır. Örneğin, mor ışınların dalga boyu (0,4 µm), kırmızı ışınların (0,8 µm) dalga boyunun yaklaşık yarısı kadardır. Bu nedenle mor ışınlar kırmızı ışınlardan 16 kat daha fazla saçılacak ve eşit yoğunluk Dağınık ışıkta 16 kat daha fazla gelen ışın olacaktır. Görünür spektrumun diğer tüm renkli ışınları (mavi, camgöbeği, yeşil, sarı, turuncu), her birinin dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı miktarlarda dağınık ışığa dahil edilecektir. Şimdi tüm renkli saçılmış ışınlar bu oranda karıştırılırsa, saçılmış ışınların karışımının rengi mavi olacaktır.
Edebiyat: S.V. Zvereva. Güneş ışığı dünyasında L., Gidrometeoizdat, 1988.
Görmenin ve anlamanın mutluluğu
doğanın en güzel hediyesidir.
Albert EİNSTEİN
Gökyüzü mavisinin gizemi
Gökyüzü neden mavi?...
Hayatında en az bir kez bile bunu düşünmeyen hiç kimse yoktur. Ortaçağ düşünürleri zaten gökyüzünün renginin kökenini açıklamaya çalışmışlardı. Bazıları şunu önerdi mavi- Bu gerçek renk hava veya onu oluşturan gazlardan herhangi biri. Bazıları ise gökyüzünün gerçek renginin siyah olduğunu, yani geceleri göründüğünü düşünüyordu. Gün içinde gökyüzünün siyah rengi güneş ışınlarının beyaz rengiyle birleşir ve sonuç... mavi olur.
Şimdi belki mavi boya almak isteyen siyahla beyazı karıştıracak biriyle tanışmayacaksınız. Ve renk karışımı yasalarının hâlâ belirsiz olduğu bir dönem vardı. Sadece üç yüz yıl önce Newton tarafından kuruldular.
Newton gizemle ilgilenmeye başladı gök mavisi. Önceki tüm teorileri reddederek başladı.
Birincisi, beyaz ve siyahın karışımının asla mavi üretmediğini savundu. İkincisi, mavi kesinlikle havanın gerçek rengi değildir. Eğer böyle olsaydı, gün batımında Güneş ve Ay gerçekte oldukları gibi kırmızı değil, mavi görünürdü. Uzaktaki karlı dağların zirveleri böyle görünecekti.
Havanın renkli olduğunu hayal edin. Çok zayıf olsa bile. Daha sonra kalın bir tabaka boyalı cam gibi davranacaktır. Ve boyalı camdan bakarsanız, tüm nesneler bu camla aynı renkte görünecektir. Neden uzaktaki karlı zirveler bize hiç mavi değil de pembe görünüyor?
Selefleriyle olan anlaşmazlıkta gerçek Newton'un tarafındaydı. Havanın renkli olmadığını kanıtladı.
Ama yine de göksel masmavi bilmeceyi çözemedi. Doğanın en güzel, şiirsel olaylarından biri olan gökkuşağı karşısında kafası karışmıştı. Neden aniden ortaya çıkıyor ve beklenmedik bir şekilde ortadan kayboluyor? Newton, yaygın olan batıl inançla yetinemezdi: Gökkuşağı yukarıdan gelen bir işarettir, güzel havanın habercisidir. Her olgunun maddi nedenini bulmaya çalıştı. Gökkuşağının nedenini de buldu.
Gökkuşağı yağmur damlalarında ışığın kırılması sonucu oluşur. Bunu anlayan Newton, gökkuşağı yayının şeklini hesaplayabildi ve gökkuşağının renk sırasını açıklayabildi. Onun teorisi yalnızca çift gökkuşağının görünümünü açıklayamıyordu, ancak bu yalnızca üç yüzyıl sonra çok karmaşık bir teorinin yardımıyla yapıldı.
Gökkuşağı teorisinin başarısı Newton'u hipnotize etti. Yanlışlıkla gökyüzünün mavi renginin ve gökkuşağının aynı nedenden kaynaklandığına karar verdi. Güneş ışınları yağmur damlalarının arasından geçtiğinde gerçekten bir gökkuşağı patlıyor. Ancak gökyüzünün maviliği sadece yağmurda görülmüyor! Aksine, yağmurun bile olmadığı açık havalarda gökyüzü özellikle mavidir. Büyük bilim adamı bunu nasıl fark etmedi? Newton, teorisine göre gökkuşağının yalnızca mavi kısmını oluşturan minik su kabarcıklarının her türlü hava koşulunda havada yüzdüğünü düşünüyordu. Ama bu bir yanılsamaydı.
İlk çözüm
Neredeyse 200 yıl geçti ve başka bir İngiliz bilim adamı bu konuyu ele aldı - Rayleigh, bu görevin büyük Newton'un bile gücünün ötesinde olmasından korkmuyordu.
Rayleigh optik okudu. Ve hayatlarını ışık çalışmalarına adayan insanlar, karanlıkta çok zaman harcıyorlar. Dışarıdan gelen ışık en iyi deneyleri engeller, bu nedenle optik laboratuvarının pencereleri neredeyse her zaman siyah, geçilmez perdelerle kaplıdır.
Rayleigh, cihazlardan kaçan ışık huzmeleriyle kasvetli laboratuvarında saatlerce tek başına kaldı. Işınların yolunda canlı toz zerreleri gibi dönüyorlardı. Parlak bir şekilde aydınlatılmışlardı ve bu nedenle karanlık arka planda öne çıkıyorlardı. Bilim adamı, tıpkı bir kişinin şöminedeki kıvılcımların oyununu izlemesi gibi, onların yumuşak hareketlerini uzun süre düşünceli bir şekilde izleyerek geçirmiş olabilir.
Rayleigh'e gökyüzünün renginin kökeni hakkında yeni bir fikir veren, ışık ışınlarında dans eden bu toz zerreleri değil miydi?
Antik çağlarda bile ışığın düz bir çizgide yayıldığı biliniyordu. Bu önemli keşif, ilkel insan tarafından kulübenin çatlaklarından geçerek güneş ışınlarının duvarlara ve zemine nasıl düştüğünü gözlemleyerek yapılmış olabilir.
Ama neden gördüğü düşüncesi onu pek rahatsız etmedi. ışık ışınları, onlara yandan bakıyor. Ve burada düşünülmesi gereken bir şey var. Sonuçta güneş ışığı çatlaktan zemine doğru ışınlanıyor. Gözlemcinin gözü yandadır ve yine de bu ışığı görür.
Ayrıca gökyüzüne yönlendirilen bir spot ışığından gelen ışığı da görüyoruz. Bu, ışığın bir kısmının bir şekilde doğrudan yoldan saparak gözümüze yönlendirildiği anlamına gelir.
Onu yoldan çıkmaya iten şey nedir? Bunların havayı dolduran toz parçacıkları olduğu ortaya çıktı. Bir toz zerresinin saçtığı ışınlar ve ışınlar gözümüze girer, engellerle karşılaşınca yoldan sapar ve saçılan toz zerresinden gözümüze düz bir çizgi halinde yayılır.
“Gökyüzünü maviye boyayan bu toz zerreleri mi?” – Rayleigh bir gün düşündü. Hesabı yaptı ve tahmin kesinleşti. Gökyüzünün mavi rengine, kızıl şafaklara ve mavi puslara bir açıklama buldu! Rayleigh 1871'de, elbette, boyutu ışığın dalga boyundan daha küçük olan küçük toz taneciklerinin güneş ışığını dağıttığını ve dalga boyu ne kadar kısa olursa o kadar güçlü olduğunu duyurdu. Görünür güneş spektrumundaki mor ve mavi ışınlar en kısa dalga boyuna sahip olduğundan, en güçlü şekilde dağılırlar ve gökyüzüne mavi bir renk verirler.
Güneş ve karlı zirveler Rayleigh'in bu hesaplamasına uydu. Hatta bilim adamının teorisini bile doğruladılar. Rayleigh'in teorisine göre, gün doğumu ve gün batımında, güneş ışığı havanın en kalın kısmından geçtiğinde, mor ve mavi ışınlar en güçlü şekilde dağılır. Aynı zamanda doğru yoldan saparlar ve bakanın dikkatini çekmezler. Gözlemci esas olarak çok daha zayıf bir şekilde dağılmış olan kırmızı ışınları görür. Bu nedenle güneş doğarken ve batarken bize kırmızı görünür. Aynı sebepten dolayı uzaktaki karlı dağların zirveleri de pembe görünür.
Bakıyorum açık gökyüzü, mavi-mavi ışınların saçılma nedeniyle saptığını görüyoruz düz yol ve gözümüze giriyor. Ve bazen ufkun yakınında gördüğümüz sis de bize mavi görünüyor.
Can sıkıcı önemsiz şey
Çok güzel bir anlatım değil mi? Rayleigh kendisini o kadar kaptırmıştı ki, bilim adamları teorinin uyumuna ve Rayleigh'in Newton'a karşı kazandığı zafere o kadar hayran kalmışlardı ki hiçbiri basit bir şeyi fark etmemişti. Ancak bu önemsiz şey onların değerlendirmesini tamamen değiştirmiş olmalıydı.
Havada tozun çok daha az olduğu şehirden uzakta, gökyüzünün mavi renginin özellikle açık ve parlak olduğunu kim inkar edebilir? Rayleigh'in bunu inkar etmesi zordu. Bu nedenle... ışığı dağıtan toz parçacıkları değil mi? Sonra ne olacak?
Tüm hesaplamalarını tekrar gözden geçirdi ve denklemlerinin doğru olduğuna ikna oldu, ancak bu, saçılan parçacıkların aslında toz taneleri olmadığı anlamına geliyordu. Ayrıca havada bulunan toz tanecikleri ışığın dalga boyundan çok daha uzundur ve hesaplamalar Rayleigh'i şuna inandırmıştır: büyük küme Gökyüzünün maviliği onları güçlendirmez, aksine zayıflatır. Işığın büyük parçacıklar tarafından saçılması, dalga boyuna zayıf bir şekilde bağlıdır ve bu nedenle renginde bir değişikliğe neden olmaz.
Işık büyük parçacıklara saçıldığında hem saçılan hem de iletilen ışık beyaz kalır, dolayısıyla havadaki büyük parçacıkların görünümü gökyüzüne beyazımsı bir renk verir ve birikmesi büyük miktar Büyük damlacıklar bulutların ve sisin beyaz rengine neden olur. Sıradan bir sigara üzerinde bunu kontrol etmek kolaydır. Ağızlıktan çıkan duman daima beyazımsı görünür, yanan ucundan çıkan duman ise mavimsi renktedir.
Sigaranın yanan ucundan yükselen en küçük duman parçacıkları, ışığın dalga boyundan daha küçüktür ve Rayleigh'in teorisine göre ağırlıklı olarak mor ve mavi renkleri saçar. Ancak tütün kalınlığındaki dar kanallardan geçerken duman parçacıkları birbirine yapışır (pıhtılaşır), daha büyük topaklar halinde birleşir. Birçoğu ışığın dalga boylarından daha büyük hale gelir ve ışığın tüm dalga boylarını yaklaşık olarak eşit şekilde dağıtırlar. Ağızlıktan çıkan dumanın beyazımsı görünmesinin nedeni budur.
Evet, toz zerrelerine dayanan bir teoriyi tartışmak, savunmak faydasızdı.
Yani bu bir gizem mavi renk gökyüzü yeniden bilim adamlarının karşısına çıktı. Ancak Rayleigh pes etmedi. Eğer gökyüzünün mavi rengi atmosfer ne kadar saf ve parlaksa, o zaman gökyüzünün rengine havanın moleküllerinden başka bir şey neden olamaz, diye düşündü. Yeni makalelerinde yazdığı hava molekülleri bunlardır. küçük parçacıklar Güneşin ışığını saçan!
Bu sefer Rayleigh çok dikkatliydi. Yeni fikrini bildirmeden önce onu test etmeye, teoriyi deneyimle bir şekilde karşılaştırmaya karar verdi.
Fırsat 1906'da kendini gösterdi. Rayleigh'e, Mount Wilson Gözlemevi'nde gökyüzünün mavi parıltısını inceleyen Amerikalı astrofizikçi Abbott yardımcı oldu. Abbott, Rayleigh saçılma teorisine dayanarak gökyüzünün parlaklığını ölçmenin sonuçlarını işleyerek havanın her santimetreküpünde bulunan molekül sayısını hesapladı. Çok büyük bir sayı olduğu ortaya çıktı! Şunu söylemek yeterli: Bu moleküller yaşayan tüm insanlara dağıtılsaydı küre o zaman herkes bu moleküllerden 10 milyardan fazlasını alacak. Kısacası Abbott, normal atmosferik sıcaklık ve basınçtaki havanın her santimetre küpünün 27 milyar kere bir milyar molekül içerdiğini keşfetti.
Bir santimetreküp gazdaki molekül sayısı, tamamen farklı ve bağımsız olaylara dayanarak farklı şekillerde belirlenebilir. Hepsi yakından eşleşen sonuçlara yol açar ve Loschmidt numarası adı verilen bir sayı verir.
Bu sayı bilim adamları tarafından iyi bilinmektedir ve gazlarda meydana gelen olayları açıklamada birden fazla kez ölçü ve kontrol görevi görmüştür.
Ve böylece Abbott'un gökyüzünün parlaklığını ölçerken elde ettiği sayı, Loschmidt'in sayısıyla büyük bir doğrulukla örtüşüyordu. Ancak hesaplamalarında Rayleigh saçılım teorisini kullandı. Böylece bu, teorinin doğru olduğunu, ışığın moleküler saçılımının gerçekten var olduğunu açıkça kanıtladı.
Rayleigh'in teorisinin deneyimlerle güvenilir bir şekilde doğrulandığı görülüyordu; tüm bilim adamları onun kusursuz olduğunu düşünüyordu.
Genel kabul gördü ve tüm optik ders kitaplarına dahil edildi. İnsan rahat bir nefes alabilirdi: Sonunda bu kadar tanıdık ama bir o kadar da gizemli bir olguya ilişkin bir açıklama bulunmuştu.
1907'de ünlülerin sayfalarında olması daha da şaşırtıcı bilimsel dergi soru tekrar gündeme geldi: gökyüzü neden mavi?!.
Anlaşmazlık
Genel kabul görmüş Rayleigh teorisini sorgulamaya kim cesaret etti?
İşin tuhafı, bu kişi Rayleigh'in en ateşli hayranlarından ve hayranlarından biriydi. Belki de hiç kimse Rayleigh'i onun kadar takdir etmedi ve anlamadı, onun çalışmalarını bu kadar iyi bilmiyordu ve onun bilimsel çalışmalarıyla genç Rus fizikçi Leonid Mandelstam kadar ilgilenmiyordu.
Başka bir Sovyet bilim adamı Akademisyen N.D. daha sonra "Leonid Isaakovich'in zihninin karakteri" diye hatırladı. Papaleksi'nin Rayleigh ile pek çok ortak noktası vardı. Ve bilimsel yaratıcılıklarının yollarının sıklıkla paralel gitmesi ve defalarca kesişmesi tesadüf değildir.
Bu sefer de gökyüzünün renginin kökeni sorusu üzerine haç çıkardılar. Bundan önce Mandelstam esas olarak radyo mühendisliğiyle ilgileniyordu. Yüzyılımızın başlarında kesinlikle yeni alan bilim ve çok az insan bunu anladı. A.S.'nin keşfinden sonra. Popov (1895'te) yalnızca birkaç yıl geçti ve işin sonu gelmedi. Kısa sürede Mandelstam bu alanda pek çok ciddi araştırma gerçekleştirdi. elektromanyetik titreşimler Radyo mühendisliği cihazlarıyla ilgili olarak. 1902'de tezini savundu ve yirmi üç yaşında Strasbourg Üniversitesi'nden Doğa Felsefesi Doktoru unvanını aldı.
Mandelstam, radyo dalgalarının uyarılması sorunlarıyla uğraşırken doğal olarak bu çalışmada tanınmış bir otorite olan Rayleigh'in çalışmalarını da inceledi. salınımlı süreçler. Ve genç doktor kaçınılmaz olarak gökyüzünü renklendirme sorunuyla tanıştı.
Ancak gökyüzünün rengi meselesiyle tanışan Mandelstam, Rayleigh'in genel kabul görmüş moleküler ışık saçılımı teorisinin yanlışlığını veya kendisinin de söylediği gibi "yetersizliğini" göstermekle kalmadı, yalnızca sırrı ortaya çıkarmakla kalmadı. gökyüzünün mavi renginin ortaya çıkmasıyla birlikte, aynı zamanda şu araştırmalardan birine yol açan araştırmanın da temelini attı: en önemli keşifler XX yüzyılın fiziği.
Her şey önde gelen fizikçilerden biri olan babayla gıyaben yaşanan bir tartışmayla başladı. kuantum teorisi, M. Planck. Mandelstam, Rayleigh'in teorisiyle tanıştığında, suskunluğu ve iç paradokslarıyla onu büyüledi; genç fizikçiyi şaşırtacak şekilde, yaşlı, deneyimli Rayleigh bunu fark etmedi. Rayleigh'in teorisinin yetersizliği, özellikle Planck tarafından optik olarak homojen şeffaf bir ortamdan geçerken ışığın zayıflamasını açıklamak için inşa edilen başka bir teoriyi analiz ederken açıkça ortaya çıktı.
Bu teoride ışığın içinden geçtiği madde moleküllerinin ikincil dalga kaynakları olduğu esas alınmıştır. Planck, bu ikincil dalgaları yaratmak için, geçen dalganın enerjisinin bir kısmının harcandığını ve bunun da zayıflatıldığını savundu. Bu teorinin Rayleigh moleküler saçılma teorisine dayandığını ve onun otoritesine dayandığını görüyoruz.
Maddenin mahiyetini anlamanın en kolay yolu su yüzeyindeki dalgalara bakmaktır. Bir dalga sabit veya yüzen nesnelerle (kazıklar, kütükler, tekneler vb.) karşılaşırsa, bu nesnelerden her yöne küçük dalgalar saçılır. Bu saçılmadan başka bir şey değil. Gelen dalganın enerjisinin bir kısmı, optikteki dağınık ışığa oldukça benzeyen, heyecan verici ikincil dalgalara harcanır. Bu durumda, ilk dalga zayıflar ve kaybolur.
Yüzen nesneler suyun içinde ilerleyen dalga boyundan çok daha küçük olabilir. Küçük taneler bile ikincil dalgalara neden olur. Elbette parçacık boyutu küçüldükçe oluşturdukları ikincil dalgalar zayıflar ama yine de ana dalganın enerjisini alıp götüreceklerdir.
Bu, Planck'ın bir gazın içinden geçen bir ışık dalgasının zayıflama sürecini kabaca böyle hayal etmesiydi, ancak teorisinde taneciklerin rolü gaz molekülleri tarafından oynanıyordu.
Mandelstam, Planck'ın bu çalışmasıyla ilgilenmeye başladı.
Mandelstam'ın düşünce dizisi su yüzeyindeki dalgalar örneğiyle de açıklanabilir. Sadece daha dikkatli bakmanız gerekiyor. Yani su yüzeyinde yüzen küçük tanecikler bile ikincil dalgaların kaynağıdır. Peki bu taneler suyun tüm yüzeyini kaplayacak kadar kalın dökülürse ne olur? Daha sonra, çok sayıda taneciğin neden olduğu bireysel ikincil dalgaların, dalgaların yanlara ve geriye doğru uzanan kısımlarını tamamen söndürecek ve saçılmanın duracağı şekilde toplanacağı ortaya çıkacaktır. Geriye kalan tek şey ileriye doğru koşan bir dalgadır. Hiç zayıflamadan ileriye doğru koşacaktır. Tahıl kütlesinin tamamının varlığının tek sonucu, birincil dalganın yayılma hızında hafif bir azalma olacaktır. Tüm bunların, taneciklerin su yüzeyinde sabit mi yoksa hareketli mi olduğuna bağlı olmaması özellikle önemlidir. Tahılların agregası, suyun yüzeyinde bir yük görevi görecek ve üst katmanının yoğunluğunu değiştirecektir.
Mandelstam, havadaki molekül sayısının çok fazla olması ve ışığın dalga boyu gibi küçük bir alanın bile çok fazla sayıda molekül içermesi durumu için matematiksel bir hesaplama yaptı. Bu durumda, kaotik biçimde hareket eden tek tek moleküller tarafından uyarılan ikincil ışık dalgalarının, tanecikli örnekteki dalgalarla aynı şekilde toplandığı ortaya çıktı. Bu, bu durumda ışık dalgasının saçılmadan ve zayıflamadan, ancak biraz daha düşük bir hızda yayıldığı anlamına gelir. Bu, saçılan parçacıkların hareketinin her durumda dalgaların saçılmasını sağladığına inanan Rayleigh'in teorisini çürüttü ve dolayısıyla Planck'ın buna dayanan teorisini çürüttü.
Böylece saçılma teorisinin temelinde kum keşfedildi. Tüm görkemli bina salladı ve çökmekle tehdit etti.
Tesadüf
Peki Loschmidt sayısını gökyüzünün mavi parıltısının ölçümlerinden belirlemeye ne dersiniz? Sonuçta deneyimler Rayleigh'in saçılma teorisini doğruladı!
Mandelstam 1907'de "Optik Olarak Homojen ve Bulanık Medya Üzerine" adlı çalışmasında "Bu tesadüf tesadüfi olarak değerlendirilmelidir" diye yazmıştı.
Mandelstam, moleküllerin rastgele hareketinin bir gazı homojen hale getiremeyeceğini gösterdi. Aksine, gerçek gazda her zaman kaotik bir durum sonucu oluşan küçük seyrelmeler ve sıkışmalar vardır. termal hareket. Havanın optik homojenliğini bozdukları için ışığın dağılmasına neden olan onlardır. Aynı çalışmada Mandelstam şunu yazdı:
"Ortam optik olarak homojen değilse, genel olarak konuşursak, gelen ışık da yanlara dağılacaktır."
Ancak kaotik hareket sonucu ortaya çıkan homojensizliklerin boyutları ışık dalgalarının uzunluğundan küçük olduğundan spektrumun mor ve mavi kısımlarına karşılık gelen dalgalar ağırlıklı olarak saçılacaktır. Bu da özellikle gökyüzünün mavi rengine yol açıyor.
Böylece masmavi gökyüzünün bilmecesi nihayet çözüldü. Teorik kısım Rayleigh tarafından geliştirilmiştir. Fiziksel doğa difüzörler Mandelstam tarafından kuruldu.
Mandelstam'ın büyük değeri, bir gazın mükemmel homojenliği varsayımının, içindeki ışığın saçılması gerçeğiyle bağdaşmadığını kanıtlaması gerçeğinde yatmaktadır. Gökyüzünün mavi renginin gazların homojenliğinin sadece görünüşte olduğunu kanıtladığını fark etti. Daha kesin olarak, gazlar yalnızca barometre, terazi veya aynı anda milyarlarca molekülden etkilenen diğer aletler gibi kaba aletlerle incelendiğinde homojen görünür. Ancak ışık huzmesi, yalnızca onbinlerce olarak ölçülen, kıyaslanamayacak kadar küçük miktarlardaki molekülleri algılar. Ve bu, gazın yoğunluğunun sürekli olarak küçük yerel değişikliklere maruz kaldığını şüpheye yer bırakmayacak şekilde kanıtlamak için yeterlidir. Dolayısıyla bizim “kaba” bakış açımıza göre homojen olan bir ortam gerçekte heterojendir. "Işık açısından" bulutlu görünür ve bu nedenle ışığı dağıtır.
Moleküllerin termal hareketinden kaynaklanan, bir maddenin özelliklerinde meydana gelen rastgele yerel değişikliklere artık dalgalanmalar adı verilmektedir. Moleküler ışık saçılımının dalgalanma kökenini aydınlatan Mandelstam, maddeyi incelemek için yeni bir yöntemin yolunu açtı - daha sonra Smoluchowski, Lorentz, Einstein ve kendisi tarafından yeni ve büyük bir fizik bölümünde geliştirilen dalgalanma veya istatistiksel yöntem. istatistiksel fizik.
Gökyüzü parıldamalı!
Böylece gökyüzünün mavi renginin gizemi ortaya çıktı. Ancak ışık saçılımı üzerine yapılan çalışmalar burada bitmedi. Hava yoğunluğundaki neredeyse algılanamayan değişikliklere dikkat çeken ve gökyüzünün rengini ışığın dalgalı saçılımıyla açıklayan Mandelstam, keskin bir bilim adamı anlayışıyla, bu sürecin yeni, daha da incelikli bir özelliğini keşfetti.
Sonuçta havanın homojen olmaması yoğunluğundaki rastgele dalgalanmalardan kaynaklanmaktadır. Bu rastgele homojensizliklerin büyüklüğü ve kümelerin yoğunluğu zamanla değişir. Bu nedenle bilim adamı, saçılan ışığın yoğunluğunun (gücünün) de zamanla değişmesi gerektiğini düşündü! Sonuçta molekül kümeleri ne kadar yoğunsa, üzerlerine saçılan ışık da o kadar yoğun olur. Ve bu kümeler düzensiz bir şekilde görünüp kaybolduğu için, basitçe söylemek gerekirse gökyüzünün parıldaması gerekir! Parıltısının gücü ve rengi her zaman değişmelidir (ancak çok zayıf bir şekilde)! Peki hiç kimse böyle bir titremeyi fark etti mi? Tabii ki değil.
Bu etki o kadar hafiftir ki çıplak gözle fark edemezsiniz.
Bilim adamlarının hiçbiri gökyüzünün ışıltısında da böyle bir değişiklik gözlemlemedi. Mandelstam'ın teorisinin sonuçlarını doğrulama fırsatı yoktu. Karmaşık deneylerin organizasyonu başlangıçta kötü koşullar nedeniyle engellendi Çarlık Rusyası ve ardından devrimin ilk yıllarının zorlukları, dış müdahale ve iç savaş.
1925'te Mandelstam, Moskova Üniversitesi'nde bölüm başkanı oldu. Burada seçkin bilim adamı ve yetenekli deneyci Grigory Samuilovich Landsberg ile tanıştı. Ve böylece, derin dostluk ve ortak bilimsel ilgilere bağlı olarak, dağınık ışığın zayıf ışınlarında saklı olan sırlara saldırmaya birlikte devam ettiler.
O yıllarda üniversitenin optik laboratuvarları aletler açısından hâlâ çok zayıftı. Üniversitede gökyüzünün titremesini ya da teorinin bu titremenin sonucu olduğunu öngördüğü olay ve saçılan ışık frekanslarındaki küçük farklılıkları tespit edebilecek tek bir cihaz yoktu.
Ancak bu durum araştırmacıları durdurmadı. Gökyüzünü laboratuvar ortamında simüle etme fikrinden vazgeçtiler. Bu sadece zaten incelikli olan deneyimi daha da karmaşık hale getirecektir. Beyaz saçılımını incelememeye karar verdiler. karmaşık ışık, ancak kesin olarak tanımlanmış bir frekanstaki ışınların saçılması. Gelen ışığın frekansını tam olarak bilirlerse, saçılma sırasında ortaya çıkması gereken ona yakın frekansları aramak çok daha kolay olacaktır. Buna ek olarak teori, gözlem yapmanın daha kolay olduğunu öne sürüyordu. katılarçünkü içlerindeki moleküller gazlardan çok daha yakın konumlandırılmıştır ve madde ne kadar yoğun olursa saçılma da o kadar büyük olur.
En fazlası için titiz bir arama başladı uygun malzemeler. Sonunda seçim kuvars kristallerine düştü. Basitçe, büyük berrak kuvars kristallerinin diğerlerinden daha uygun fiyatlı olması nedeniyle.
İki yıl sürdü hazırlık deneyleri, kristallerin en saf örnekleri seçildi, teknik geliştirildi, kuvars molekülleri üzerindeki saçılmayı, rastgele kapanımlar, kristal homojensizlikleri ve safsızlıklar üzerindeki saçılmadan tartışmasız bir şekilde ayırmanın mümkün olduğu işaretler oluşturuldu.
Zeka ve çalışma
Spektral analiz için güçlü ekipmanlara sahip olmayan bilim insanları, mevcut cihazların kullanılmasını mümkün kılacak ustaca bir geçici çözüm seçtiler.
Bu çalışmadaki temel zorluk, moleküler saçılmanın neden olduğu zayıf ışığın, deneyler için elde edilen kristal numunelerindeki küçük safsızlıklar ve diğer kusurlar tarafından saçılan çok daha güçlü ışıkla üst üste gelmesiydi. Araştırmacılar, kristal kusurları ve yansımalardan oluşan dağınık ışığın avantajından yararlanmaya karar verdiler. çeşitli parçalar ayarlar gelen ışığın frekansıyla tam olarak eşleşir. Onlar sadece Mandelstam'ın teorisine uygun olarak frekansı değişen ışıkla ilgileniyorlardı. Dolayısıyla görev, çok daha parlak olan bu ışığın arka planına karşı moleküler saçılmanın neden olduğu değişen frekanstaki ışığı vurgulamaktı.
Saçılan ışığın tespit edilebilecek büyüklükte olduğundan emin olmak için bilim adamları kuvarsı ellerinde bulunan en güçlü aydınlatma cihazıyla aydınlatmaya karar verdiler: cıva lambası.
Dolayısıyla kristalde saçılan ışık iki bölümden oluşmalıdır: Moleküler saçılma nedeniyle değişen frekansta zayıf ışık (bu bölümün incelenmesi bilim adamlarının hedefiydi) ve dış nedenlerden kaynaklanan, değişmeyen frekansta çok daha güçlü ışık (bu, bir kısmı zararlıydı, araştırmayı zorlaştırıyordu).
Yöntemin fikri basitliği nedeniyle çekiciydi: sabit frekanstaki ışığı absorbe etmek ve yalnızca değişen frekanstaki ışığı spektral aparata geçirmek gerekir. Ancak frekans farklılıkları yüzde binde sadece birkaçı kadardı. Dünyadaki hiçbir laboratuvarda bu kadar yakın frekansları ayırabilecek bir filtre yoktu. Ancak bir çözüm bulundu.
Dağınık ışık, cıva buharı içeren bir kaptan geçti. Sonuç olarak, tüm "zararlı" ışık kabın içinde "sıkışmış" ve "yararlı" ışık gözle görülür bir zayıflama olmaksızın içinden geçmiştir. Deneyciler zaten bilinen bir durumdan yararlandılar. Kuantum fiziğinin iddia ettiği gibi, bir madde atomu yalnızca çok spesifik frekanslarda ışık dalgaları yayma yeteneğine sahiptir. Bu atom aynı zamanda ışığı absorbe etme özelliğine de sahiptir. Üstelik yalnızca kendisinin yayabileceği frekanslardaki ışık dalgaları.
Cıva lambasında ışık, etkisi altında parlayan cıva buharı tarafından yayılır. elektrik deşarjı, lambanın içinde meydana gelir. Bu ışık, içinde cıva buharı bulunan bir kaptan geçirilirse neredeyse tamamen emilecektir. Teorinin öngördüğü şey gerçekleşecek: Kaptaki cıva atomları, lambadaki cıva atomlarının yaydığı ışığı emecek.
Neon lamba gibi diğer kaynaklardan gelen ışık, cıva buharından zarar görmeden geçecektir. Cıva atomları buna dikkat bile etmeyecektir. Dünyanın o kısmı bile absorbe edilemeyecek cıva lambası dalga boyunda bir değişiklikle kuvarsta saçılan.
Mandelstam ve Landsberg'in yararlandığı işte bu uygun durumdu.
İnanılmaz keşif
1927'de belirleyici deneyler başladı. Bilim insanları bir kuvars kristalini cıva lambasının ışığıyla aydınlattılar ve sonuçları işlediler. Ve... şaşırdılar.
Deneyin sonuçları beklenmedik ve olağandışıydı. Bilim adamlarının keşfettiği şey hiç de bekledikleri şey değildi, teorinin öngördüğü şey de değildi. Tamamen yeni bir fenomen keşfettiler. Ama hangisi? Peki bu bir hata değil mi? Dağınık ışık beklenen frekansları ortaya çıkarmadı ancak çok daha yüksek ve daha düşük frekansları ortaya çıkardı. Kuvars üzerine gelen ışıkta mevcut olmayan, dağınık ışık spektrumunda tam bir frekans kombinasyonu ortaya çıktı. Görünümlerini kuvarstaki optik homojensizliklerle açıklamak kesinlikle imkansızdı.
Kapsamlı bir kontrol başladı. Deneyler kusursuz bir şekilde gerçekleştirildi. O kadar esprili, mükemmel ve yaratıcı tasarlanmışlardı ki, insan onlara hayranlık duymadan edemiyordu.
“Leonid Isaakovich bazen çok zor teknik sorunları o kadar güzel ve bazen de zekice çözdü ki, her birimiz istemsizce şu soruyu sorduk: "Bu neden daha önce aklıma gelmedi?" – çalışanlardan biri diyor.
çeşitli kontrol deneyleriısrarla hiçbir hata olmadığını doğruladı. Dağınık ışık spektrumunun fotoğraflarında, zayıf ama yine de oldukça belirgin çizgiler ısrarla ortaya çıktı ve bu, dağınık ışıkta "ekstra" frekansların varlığını gösteriyor.
Bilim insanları aylardır bu fenomene bir açıklama arıyorlardı. Dağınık ışıkta “yabancı” frekanslar nerede ortaya çıktı?!
Ve Mandelstam'ın inanılmaz bir tahminle şaşkına döndüğü gün geldi. Bu inanılmaz bir keşifti ve şu anda 20. yüzyılın en önemli keşiflerinden biri olarak kabul ediliyor.
Ancak hem Mandelstam hem de Landsberg, bu keşfin ancak sağlam bir kontrolün ardından, olgunun derinliklerine kapsamlı bir şekilde nüfuz edilmesinin ardından yayınlanabileceği konusunda oybirliğiyle karara vardı. Son denemeler başladı.
Güneşin yardımıyla
16 Şubat'ta Hintli bilim adamları C.N. Raman ve K.S. Krishnan Kalküta'dan bu dergiye bir telgraf gönderdi. kısa açıklama onun keşfinden.
O yıllarda dünyanın dört bir yanından çeşitli keşiflerle ilgili mektuplar Nature dergisine akın ediyordu. Ancak her mesajın bilim insanları arasında heyecan yaratacağı söylenemez. Hintli bilim adamlarının mektubuyla ilgili konu ortaya çıktığında fizikçiler büyük heyecan yaşadı. Yalnızca notun başlığı “ Yeni tip ikincil radyasyon” – ilgi uyandırdı. Sonuçta optik en eski bilimlerden biridir; 20. yüzyılda optikte bilinmeyen bir şeyi keşfetmek çoğu zaman mümkün olmuyordu.
Dünyanın her yerindeki fizikçilerin Kalküta'dan gelecek yeni mektupları ne kadar büyük bir ilgiyle beklediklerini tahmin etmek mümkündür.
İlgileri büyük ölçüde keşfin yazarlarından biri olan Raman'ın kişiliğinden kaynaklanıyordu. Bu, ilginç bir kaderi olan ve Einstein'ınkine çok benzeyen olağanüstü bir biyografiye sahip bir adam. Einstein gençliğinde basit bir spor salonu öğretmeni ve ardından patent ofisinin bir çalışanıydı. Bu dönemde eserlerinin en önemlisini tamamladı. Parlak bir fizikçi olan Raman da üniversiteden mezun olduktan sonra finans bölümünde on yıl görev yapmak zorunda kaldı ve ancak bundan sonra Kalküta Üniversitesi bölümüne davet edildi. Raman kısa sürede Hint fizikçiler okulunun tanınmış başkanı oldu.
Anlatılan olaylardan kısa bir süre önce Raman ve Krishnan ilginç bir görevle ilgilenmeye başladılar. O zamanlar 1923'teki keşfin yol açtığı tutkular henüz dinmemişti. Amerikalı fizikçi Compton, X-ışınlarının maddeden geçişini incelerken, bu ışınlardan bazılarının orijinal yönden uzaklaşarak dalga boylarını artırdığını keşfetti. Optik diline tercüme edersek, bir maddenin molekülleriyle çarpışan X ışınlarının "renklerini" değiştirdiğini söyleyebiliriz.
Bu olgu yasalarla kolaylıkla açıklanıyordu kuantum fiziği. Dolayısıyla Compton'un keşfi, genç kuantum teorisinin doğruluğunun kesin kanıtlarından biriydi.
Benzer bir şeyi denemeye karar verdik ama optikte. Hintli bilim adamları tarafından keşfedildi. Işığı bir maddeden geçirerek ışınlarının maddenin molekülleri üzerinde nasıl dağılacağını ve dalga boylarının değişip değişmeyeceğini görmek istiyorlardı.
Gördüğünüz gibi Hintli bilim adamları isteyerek ya da istemeyerek Sovyet bilim adamlarıyla aynı görevi kendilerine yüklediler. Ama amaçları farklıydı. Kalküta'da Compton etkisinin optik bir benzetmesini arıyorlardı. Moskova'da - Mandelstam'ın, ışık dalgalanan homojensizlikler nedeniyle saçıldığında frekanstaki değişime ilişkin tahmininin deneysel olarak doğrulanması.
Raman ve Krishnan karmaşık bir deney tasarladılar çünkü beklenen etki son derece küçüktü. Deney çok parlak bir ışık kaynağı gerektiriyordu. Daha sonra bir teleskop kullanarak ışınlarını toplayarak güneşi kullanmaya karar verdiler.
Merceğinin çapı on sekiz santimetreydi. Araştırmacılar toplanan ışığı bir prizma aracılığıyla toz ve diğer kirletici maddelerden tamamen temizlenmiş sıvı ve gaz içeren kaplara yönlendirdiler.
Ancak beyaz kullanarak dağınık ışığın beklenen küçük dalga boyu uzantısını tespit etmek için güneş ışığı neredeyse tüm olası dalga boylarını içeren umut verici bir şey değildi. Bu nedenle bilim adamları ışık filtreleri kullanmaya karar verdiler. Merceğin önüne mavi-mor bir filtre yerleştirdiler ve sarı-yeşil bir filtre aracılığıyla saçılan ışığı gözlemlediler. İlk filtrenin geçmesine izin verdiği şeyin ikinci filtrede sıkışıp kalacağına haklı olarak karar verdiler. Sonuçta sarı-yeşil filtre, ilk filtrenin aktardığı mavi-mor ışınları emer. Ve her ikisi de arka arkaya yerleştirildiğinde gelen ışığın tamamını absorbe etmelidir. Bazı ışınlar gözlemcinin gözüne düşerse, bunların olay ışığında olmadıklarını, incelenen maddede doğduklarını güvenle söylemek mümkün olacaktır.
Kolomb
Aslında Raman ve Krishnan, dağınık ışıkta ikinci filtreden geçen ışınları tespit etti. Ekstra frekanslar kaydettiler. Bu prensipte optik Compton etkisi olabilir. Yani mavi-mor ışık, damarlarda bulunan bir maddenin molekülleri üzerine saçıldığında renk değiştirip sarı-yeşile dönebiliyordu. Ancak bunun yine de kanıtlanması gerekiyordu. Sarı-yeşil ışığın ortaya çıkmasına neden olan başka nedenler de olabilir. Örneğin, ışığın, ısının ve diğer nedenlerin etkisi altında sıvılarda ve katılarda sıklıkla görülen hafif bir parıltı olan lüminesansın bir sonucu olarak ortaya çıkabilir. Açıkçası bir şey vardı; bu ışık yeniden doğmuştu, düşen ışıkta sınırlı değildi.
Bilim insanları deneylerini altı farklı sıvı ve iki tür buharla tekrarladılar. Burada ne lüminesansın ne de başka nedenlerin bir rol oynamadığına inanıyorlardı.
Görünür ışığın dalga boyunun madde içinde dağıldığında arttığı gerçeği Raman ve Krishnan'a göre sabit görünüyordu. Görünüşe göre arayışları başarı ile taçlandırılmıştı. Compton etkisinin optik bir analogunu keşfettiler.
Ancak deneylerin tamamlanmış bir şekle sahip olması ve sonuçların yeterince ikna edici olması için çalışmanın bir bölümünün daha yapılması gerekiyordu. Dalga boyundaki bir değişikliği tespit etmek yeterli değildi. Bu değişimin büyüklüğünü ölçmek gerekiyordu. İlk adıma bir ışık filtresi yardımcı oldu. İkincisini yapacak gücü yoktu. Burada bilim adamlarının, incelenen ışığın dalga boyunu ölçmelerine olanak tanıyan bir cihaz olan bir spektroskopa ihtiyacı vardı.
Ve araştırmacılar, daha az karmaşık ve özenli olmayan ikinci bölüme başladılar. Ama aynı zamanda beklentilerini de karşıladı. Sonuçlar bir kez daha çalışmanın ilk bölümünün sonuçlarını doğruladı. Ancak dalga boyunun beklenmedik derecede büyük olduğu ortaya çıktı. Beklenenden çok daha fazlası. Bu durum araştırmacıları rahatsız etmedi.
Burada Columbus'u nasıl hatırlamazsınız? Bulmak istedi deniz yolu Hindistan'a gitti ve toprağı gördükten sonra amacına ulaştığından hiç şüphe duymadı. Kızıl sakinleri ve Yeni Dünya'nın alışılmadık doğasını görünce kendine olan güveninden şüphe etmek için bir nedeni var mıydı?
Görünür ışıkta Compton etkisini keşfetmeye çalışan Raman ve Krishnan'ın, bunu sıvı ve gazlardan geçen ışığı inceleyerek bulduklarını düşündükleri doğru değil mi?! Ölçümler saçılan ışınların dalga boyunda beklenmedik derecede daha büyük bir değişiklik gösterdiğinde şüphelendiler mi? Keşiflerinden hangi sonucu çıkardılar?
Hintli bilim adamlarına göre aradıklarını buldular. 23 Mart 1928'de "Compton etkisinin optik analojisi" başlıklı makalenin yer aldığı bir telgraf Londra'ya uçtu. Bilim insanları şunu yazdı: "Dolayısıyla Compton etkisinin optik analojisi açıktır, ancak dalga boyunda çok daha büyük bir değişiklikle karşı karşıyayız..." Not: "çok daha büyük..."
Atomların dansı
Raman ve Krishnan'ın çalışmaları bilim adamları arasında alkışlarla karşılandı. Herkes haklı olarak deneysel sanatına hayran kaldı. Bu keşif için Raman'a 1930'da Nobel Ödülü verildi.
Hintli bilim adamlarından gelen mektuba ek olarak, gelen ışığın frekansını ve maddenin moleküllerine saçılan ışığı gösteren çizgilerin yerini aldığı spektrumun bir fotoğrafı da vardı. Raman ve Krishnan'a göre bu fotoğraf, keşiflerini her zamankinden daha net bir şekilde gösteriyordu.
Mandelstam ve Landsberg bu fotoğrafa baktıklarında ellerine geçen fotoğrafın neredeyse birebir kopyasını gördüler! Ancak onun açıklamasını öğrendikten sonra Raman ve Krishnan'ın yanıldığını hemen anladılar.
Hayır, Hintli bilim adamları Compton etkisini keşfetmediler, ama tamamen farklı bir olgu, Sovyet bilim adamlarının uzun yıllardır üzerinde çalıştıkları olayın aynısı...
Hintli bilim adamlarının keşfinin yarattığı heyecan büyürken, Mandelstam ve Landsberg kontrol deneylerini bitiriyor ve nihai kesin sonuçları özetliyorlardı.
Ve 6 Mayıs 1928'de basılmak üzere bir makale gönderdiler. Makaleye spektrumun bir fotoğrafı eklenmiştir.
Konunun tarihçesini kısaca özetleyen araştırmacılar, detaylı yorumlama keşfettikleri fenomen.
Peki pek çok bilim insanının acı çekmesine ve beyinlerini yormasına neden olan bu olay neydi?
Mandelstam'ın derin sezgisi ve açık analitik zihni, bilim adamına, dağınık ışığın frekansında tespit edilen değişikliklerin, hava yoğunluğunun rastgele tekrarlarını eşitleyen moleküller arası kuvvetlerden kaynaklanamayacağını hemen söyledi. Bilim adamı, bunun nedeninin şüphesiz maddenin moleküllerinin kendisinde yattığını, fenomenin molekülü oluşturan atomların molekül içi titreşimlerinden kaynaklandığını açıkça ortaya koydu.
Bu tür salınımlar, ortamdaki rastgele homojenliklerin oluşumu ve emilimine eşlik edenlerden çok daha yüksek bir frekansta meydana gelir. Saçılan ışığı etkileyen, moleküllerdeki atomların bu titreşimleridir. Atomlar onu işaretliyor, üzerinde iz bırakıyor, ek frekanslarla şifreliyor gibi görünüyor.
Bu çok güzel bir tahmindi, doğanın küçük kalesi olan molekülün kordonunun ötesinde insan düşüncesine cesur bir istilaydı. Ve bu keşif, iç yapısı hakkında değerli bilgiler getirdi.
El ele
Böylece, saçılan ışığın frekansında moleküller arası kuvvetlerin neden olduğu küçük bir değişiklik tespit edilmeye çalışılırken, molekül içi kuvvetlerin neden olduğu frekansta daha büyük bir değişiklik keşfedildi.
Bu nedenle, "Işığın Raman saçılması" adı verilen yeni fenomeni açıklamak için, Mandelstam'ın yarattığı moleküler saçılma teorisini, moleküllerin içindeki atomların titreşimlerinin etkisine ilişkin verilerle desteklemek yeterliydi. Yeni fenomen, Mandelstam'ın 1918'de kendisi tarafından formüle edilen fikrinin geliştirilmesinin bir sonucu olarak keşfedildi.
Evet, Akademisyen S.I.'nin dediği gibi sebepsiz değil. Vavilov, “Doğa, Leonid Isaakovich'e, çoğunluğun kayıtsızca geçtiği ana şeyi hemen fark eden ve anlayan, tamamen alışılmadık, anlayışlı, ince bir zihinle hediye etti. Işık saçılımının dalgalanma özü bu şekilde anlaşıldı ve Raman saçılımının keşfinin temeli olan ışık saçılımı sırasında spektrumda bir değişiklik olduğu fikri bu şekilde ortaya çıktı."
Daha sonra bu keşiften çok büyük faydalar elde edildi ve değerli pratik uygulamalara kavuştu.
Keşfedildiği anda bilime yalnızca çok değerli bir katkı gibi görünüyordu.
Peki ya Raman ve Krishnan? Sovyet bilim adamlarının ve kendilerinin keşiflerine nasıl tepki verdiler? Ne keşfettiklerini anladılar mı?
Bu soruların cevabı, Sovyet bilim adamlarının makaleyi yayınlamasından 9 gün sonra Raman ve Krishnan'ın basına gönderdikleri aşağıdaki mektupta yer alıyor. Evet, gözlemledikleri olgunun Compton etkisi olmadığını anladılar. Bu, ışığın Raman saçılımıdır.
Raman ve Krishnan'ın mektupları ile Mandelstam ve Landsberg'in makalelerinin yayınlanmasından sonra, dünyanın her yerindeki bilim adamları, aynı olgunun bağımsız olarak ve neredeyse eşzamanlı olarak Moskova ve Kalküta'da üretilip çalışıldığını açıkça anladılar. Ancak Moskovalı fizikçiler onu kuvars kristallerinde, Hintli fizikçiler ise sıvılarda ve gazlarda incelediler.
Ve bu paralellik elbette tesadüfi değildi. Sorunun alaka düzeyinden ve büyük bilimsel öneminden bahsediyor. Mandelstam ve Raman'ın Nisan 1928 sonunda vardığı sonuçlara yakın sonuçların Fransız bilim adamları Rocard ve Kaban tarafından da bağımsız olarak elde edilmesi şaşırtıcı değil. Bir süre sonra bilim adamları, 1923'te Çek fizikçi Smekal'in teorik olarak aynı fenomeni öngördüğünü hatırladılar. Smekal'in çalışmasının ardından Kramers, Heisenberg ve Schrödinger'in teorik araştırmaları ortaya çıktı.
Görünen o ki, pek çok ülkedeki bilim adamlarının farkında bile olmadan aynı sorunu çözmek için çalışmış olmalarını yalnızca bilimsel bilgi eksikliği açıklayabilir.
Otuz yedi yıl sonra
Raman çalışmaları sadece keşfetmedi yeni bölümışık biliminde. Aynı zamanda verdiler güçlü silah teknoloji. Endüstri, maddenin özelliklerini incelemek için mükemmel bir yola sahiptir.
Sonuçta, ışığın Raman saçılımının frekansları, ışığı saçan ortamın molekülleri tarafından ışığa uygulanan izlerdir. Ve bu izler farklı maddelerde aynı değildir. Akademisyen Mandelstam'a Raman'ın ışığın saçılımını "moleküllerin dili" olarak adlandırma hakkını veren de budur. Moleküllerin ışık ışınları üzerindeki izlerini okuyabilen ve saçılan ışığın bileşimini belirleyebilenlere, moleküller bu dili kullanarak yapılarının sırlarını anlatacaklardır.
Bir Raman spektrum fotoğrafının negatifinde, değişen siyahlıktaki çizgilerden başka bir şey yoktur. Ancak bir uzman, bu fotoğraftan, maddeden geçtikten sonra saçılan ışıkta ortaya çıkan molekül içi titreşimlerin frekanslarını hesaplayacak. Fotoğraf size şimdiye kadar bilinmeyen birçok yönü anlatacak iç yaşam moleküller: yapıları hakkında, atomları moleküllere bağlayan kuvvetler hakkında, atomların göreceli hareketleri hakkında. Raman spektrogramlarını deşifre etmeyi öğrenen fizikçiler, moleküllerin kendileri hakkında söyledikleri tuhaf "ışık dilini" anlamayı öğrendiler. Böylece yeni keşif, moleküllerin iç yapısına daha derinlemesine nüfuz etmeyi mümkün kıldı.
Günümüzde fizikçiler sıvıların, kristallerin ve camsı maddelerin yapısını incelemek için Raman saçılımını kullanıyor. Kimyacılar bu yöntemi çeşitli bileşiklerin yapısını belirlemek için kullanırlar.
Işığın Raman saçılımı olgusunu kullanarak maddeleri incelemeye yönelik yöntemler laboratuvar personeli tarafından geliştirildi. Fiziksel Enstitü adını P.N. Akademisyen Landsberg başkanlığındaki SSCB Lebedev Bilimler Akademisi.
Bu yöntemler, bir fabrika laboratuvarında havacılık benzini, parçalama ürünleri, petrol ürünleri ve diğer birçok karmaşık organik sıvının niceliksel ve niteliksel analizlerinin hızlı ve doğru bir şekilde gerçekleştirilmesine olanak tanır. Bunu yapmak için, incelenen maddeyi aydınlatmak ve onun saçtığı ışığın bileşimini belirlemek için bir spektrograf kullanmak yeterlidir. Çok basit görünüyor. Ancak bu yöntemin gerçekten kullanışlı ve hızlı olduğu ortaya çıkmadan önce bilim adamlarının doğru, hassas ekipmanlar oluşturmak için çok çalışması gerekiyordu. İşte nedeni.
İncelenen maddeye giren toplam ışık enerjisi miktarının yalnızca önemsiz bir kısmı (yaklaşık on milyarda biri) dağınık ışığın payını oluşturur. Ve Raman saçılımı nadiren bu değerin yüzde iki veya üçünü bile oluşturur. Görünüşe göre Raman'ın saçılmasının uzun süre fark edilmemesinin nedeni budur. İlk Raman fotoğraflarının elde edilmesinin onlarca saat süren pozlama gerektirmesi şaşırtıcı değil.
Ülkemizde oluşturulan modern ekipmanlar, saf maddelerin kombinasyon spektrumunun birkaç dakika, hatta bazen saniyeler içinde elde edilmesini mümkün kılmaktadır! Bireysel maddelerin yüzde birkaç oranında mevcut olduğu karmaşık karışımların analizi için bile, bir saatten fazla olmayan bir maruz kalma süresi genellikle yeterlidir.
Fotoğraf plakalarına kaydedilen moleküllerin dilinin Mandelstam ve Landsberg, Raman ve Krishnan tarafından keşfedilip deşifre edilmesinin ve anlaşılmasının üzerinden otuz yedi yıl geçti. O zamandan bu yana, gözlükçülerin Raman frekansları kataloğu olarak adlandırdığı molekül dilinin bir "sözlüğünü" derlemek için dünya çapında yoğun çalışmalar yapılıyor. Böyle bir katalog derlendiğinde, spektrogramların kodunun çözülmesi büyük ölçüde kolaylaşacak ve Raman saçılımı, bilim ve endüstrinin daha da kapsamlı bir şekilde hizmetinde olacaktır.
Eserin metni görseller ve formüller olmadan yayınlanmaktadır.
Tam sürümÇalışmaya PDF formatında "Çalışma Dosyaları" sekmesinden ulaşılabilir
Sokakta oynarken bir keresinde gökyüzünü fark ettim, olağanüstüydü: dipsiz, sonsuz ve mavi, mavi! Ve bu mavi rengi yalnızca bulutlar hafifçe kaplıyordu. Merak ettim gökyüzü neden mavi? Pinokyo masalındaki tilki Alice'in şarkısı aklıma geldi hemen: “Ne mavi gökyüzü...!” ve “Hava Durumu” konusunu incelerken gökyüzünün durumunu tanımladığımız ve ayrıca mavi olduğunu söylediğimiz bir coğrafya dersi. Peki gökyüzü neden mavi? Eve geldiğimde bu soruyu anneme sordum. Bana insanların ağladığında cennetten yardım istediklerini söyledi. Gökyüzü onların gözyaşlarını alıp göl gibi maviye dönüyor. Ama annemin hikayesi sorumu tatmin etmedi. Sınıf arkadaşlarıma ve öğretmenlerime gökyüzünün neden mavi olduğunu bilip bilmediklerini sormaya karar verdim. Ankete 24 öğrenci ve 17 öğretmen katılmıştır. Anketleri işledikten sonra aşağıdaki sonuçları aldık:
Okulda coğrafya dersi sırasında öğretmene bu soruyu sordum. Bana gökyüzünün renginin fizik açısından kolayca açıklanabileceğini söyledi. Bu olaya dispersiyon denir. Vikipedi'den dağılımın, ışığı bir spektruma ayırma süreci olduğunu öğrendim. Coğrafya öğretmeni Larisa Borisovna bu fenomeni deneysel olarak gözlemlememi önerdi. Ve fizik odasına gittik. Fizik öğretmeni Vasily Aleksandrovich bu konuda bize yardım etmeyi isteyerek kabul etti. Özel ekipman kullanarak doğada dağılım sürecinin nasıl gerçekleştiğini takip edebildim.
Gökyüzü neden mavidir sorusunun cevabını bulmak için bir çalışma yapmaya karar verdik. Proje yazma fikri böyle ortaya çıktı. Danışmanımla birlikte araştırmanın konusunu, amacını ve hedeflerini belirledik, hipotez ortaya koyduk, fikrimizi hayata geçirmek için araştırma yöntem ve mekanizmalarını belirledik.
Hipotez: Işık Dünya'ya Güneş tarafından gönderilir ve çoğu zaman ona baktığımızda göz kamaştırıcı beyazlıkta görünür. Bu gökyüzünün beyaz olması gerektiği anlamına mı geliyor? Ama gerçekte gökyüzü mavidir. Çalışma sırasında bu çelişkilerin açıklamalarını bulacağız.
Hedef: Gökyüzünün neden mavi olduğu sorusunun cevabını bulun ve renginin neye bağlı olduğunu öğrenin.
Görevler: 1. Konuyla ilgili teorik materyale aşina olun
2. Işık dağılımı olayını deneysel olarak inceleyin
3. Günün farklı saatlerinde ve farklı hava koşullarında gökyüzünün rengini gözlemleyin
Çalışmanın amacı: gökyüzü
Öğe: gökyüzünün ışığı ve rengi
Araştırma yöntemleri: analiz, deney, gözlem
İşin aşamaları:
1. Teorik
2. Pratik
3. Final: araştırma konusuna ilişkin sonuçlar
İşin pratik önemi: Araştırma materyalleri coğrafya ve fizik derslerinde öğretim modülü olarak kullanılabilir.
2. Ana bölüm.
2.1. Teorik yönler sorunlar. Fizik açısından mavi gökyüzü olgusu
Gökyüzü neden mavi - bu kadar basit bir soruya cevap bulmak çok zor. Öncelikle kavramı tanımlayalım. Gökyüzü, Dünya'nın veya başka herhangi bir astronomik nesnenin yüzeyinin üzerindeki alandır. Genel olarak gökyüzüne genellikle Dünya'nın (veya başka bir astronomik nesnenin) yüzeyinden uzaya doğru bakıldığında açılan panorama denir.
Pek çok bilim adamı bir cevap bulmak için beyinlerini zorladı. Şöminedeki ateşi izleyen Leonardo da Vinci şunu yazdı: "Karanlığın üzerindeki ışık maviye döner." Ancak bugün beyaz ile siyahın birleşiminden grinin ortaya çıktığı biliniyor.
Pirinç. 1. Leonardo da Vinci'nin hipotezi
Isaac Newton neredeyse gökyüzünün rengini açıklıyordu ancak bunun için atmosferde bulunan su damlacıklarının sabun köpüğü gibi ince duvarlara sahip olduğunu varsayması gerekiyordu. Ancak bu damlaların küre olduğu, yani duvar kalınlıklarının olmadığı ortaya çıktı. Ve böylece Newton'un balonu patladı!
Pirinç. 2. Newton'un hipotezi
Sorunun en iyi çözümü yaklaşık 100 yıl önce önerildi İngiliz fizikçi Lord John Rayleigh. Ama en baştan başlayalım. Güneş kör edici beyaz bir ışık yayar, bu da gökyüzünün renginin aynı olması gerektiği anlamına gelir, ancak hala mavidir. Atmosferdeki beyaz ışığa ne olur? Atmosferden geçerken sanki bir prizmadan geçiyormuşçasına yedi renge ayrılıyor. Muhtemelen şu satırları biliyorsunuzdur: Her avcı sülünlerin nerede oturduğunu bilmek ister. Bu cümlelerde derin bir anlam gizlidir. Bize görünür ışık spektrumundaki ana renkleri temsil ediyorlar.
Pirinç. 3. Beyaz ışık spektrumu.
Bu spektrumun en iyi doğal göstergesi elbette gökkuşağıdır.
Pirinç. 4 Görünür ışık spektrumu
Görünür ışık elektromanyetik radyasyon Dalga uzunlukları farklı olan. Evet ve hayır görünür ışık gözümüz bunu algılamaz. Bunlar ultraviyole ve kızılötesidir. Uzunluğu ya çok uzun ya da çok kısa olduğu için göremiyoruz. Işığı görmek, rengini algılamak anlamına gelir, ancak hangi rengi gördüğümüz dalga boyuna bağlıdır. Görünür dalgaların en uzunu kırmızı, en kısası ise mordur.
Işığın saçılma yani bir ortamda yayılma yeteneği de dalga boyuna bağlıdır. Kırmızı ışık dalgaları en kötüsünü saçar, ancak mavi ve mor renkler en kötüsünü saçar yüksek yetenek dağılıma.
Pirinç. 5. Işık saçılma yeteneği
Ve nihayet gökyüzü neden mavidir sorumuzun cevabına yaklaştık. Yukarıda da belirtildiği gibi beyaz her şeyin bir karışımıdır. olası renkler. Bir gaz molekülüyle çarpıştığında beyaz ışığın yedi renk bileşeninin her biri saçılır. Bu durumda, daha uzun dalgalı ışık, kısa dalgalı ışığa göre daha kötü saçılır. Bu nedenle havada kırmızıya göre 8 kat daha fazla mavi spektrum kalır. En kısa dalga olmasına rağmen mor Mor ve yeşil dalgaların karışımından dolayı gökyüzü hala mavi görünüyor. Ayrıca gözlerimiz her ikisinin de aynı parlaklıkta olması nedeniyle maviyi menekşeden daha iyi algılar. Gökyüzünün renk düzenini belirleyen de bu gerçeklerdir: Atmosfer tam anlamıyla mavi-mavi renkli ışınlarla doludur.
Ancak gökyüzü her zaman mavi değildir. Gündüzleri gökyüzünü mavi, camgöbeği, gri, akşamları ise kırmızı olarak görüyoruz. (Ek 1). Gün batımı neden kırmızıdır? Gün batımı sırasında Güneş ufka yaklaşır ve güneş ışını Dünya yüzeyine gündüz olduğu gibi dikey olarak değil, açılı olarak yönlendirilir. Bu nedenle atmosferde izlediği yol oldukça fazladır. Dahası Güneş'in yüksekte olduğu gündüz saatlerinde gerçekleştiğini. Bu nedenle mavi-mavi spektrum Dünya'ya ulaşmadan önce atmosferde emilir ve kırmızı spektrumun daha uzun ışık dalgaları Dünya yüzeyine ulaşarak gökyüzünü kırmızı ve sarı tonlarına boyar. Gökyüzünün rengindeki değişim, açıkça Dünya'nın kendi ekseni etrafında dönmesiyle ve dolayısıyla ışığın Dünya'ya geliş açısıyla ilişkilidir.
2.2. Pratik yönler. Sorunu çözmenin deneysel yolu
Fizik dersinde spektrograf cihazıyla tanıştım. Fizik öğretmeni Vasily Aleksandrovich bana bu cihazın çalışma prensibini anlattı ve ardından bağımsız olarak dağılım adı verilen bir deney yaptım. Bir prizmadan geçen beyaz ışık ışını kırılır ve ekranda gökkuşağını görürüz. (Ek 2). Bu deneyim, doğanın bu muhteşem yaratımının gökyüzünde nasıl göründüğünü anlamama yardımcı oldu. Günümüzde bilim adamları, bir spektrografın yardımıyla çeşitli maddelerin bileşimi ve özellikleri hakkında bilgi edinebilmektedirler.
Fotoğraf 1. Dağılma deneyiminin gösterilmesi
fizik odası
Eve gökkuşağı almak istedim. Coğrafya öğretmenim Larisa Borisovna bana bunun nasıl yapılacağını anlattı. Spektrografın bir benzeri, içinde su, ayna, el feneri ve beyaz bir kağıt bulunan bir cam kaptı. Bir aynayı su dolu bir kaba yerleştirin ve kabın arkasına beyaz bir kağıt koyun. El fenerinin ışığını aynaya yönlendirerek yansıyan ışığın kağıdın üzerine düşmesini sağlıyoruz. Bir kağıt parçasında yine gökkuşağı belirdi! (Ek 3). Deneyi karanlık bir odada yapmak daha iyidir.
Beyaz ışığın aslında gökkuşağının tüm renklerini içerdiğini yukarıda söylemiştik. Bundan emin olabilir ve gökkuşağı renginde bir top yaparak tüm renkleri beyaza döndürebilirsiniz. (Ek 4). Eğer çok hızlı çevirirseniz renkler birleşecek ve disk beyaza dönecektir.
Aksine bilimsel açıklama Gökkuşağının oluşumu, bu fenomen atmosferdeki gizemli optik manzaralardan biri olmaya devam ediyor. İzleyin ve keyfini çıkarın!
3. Sonuç
Ebeveynlerin sıklıkla sorduğu bir sorunun cevabını arıyoruz çocuk sorusu"Gökyüzü neden mavi?" Çok ilginç ve öğretici şeyler öğrendim. Bugün hipotezimizdeki çelişkilerin bilimsel bir açıklaması var:
Bütün sır, atmosferimizdeki gökyüzünün rengindedir. hava zarfı Dünya gezegeni.
Atmosferden geçen beyaz bir güneş ışını yedi renkli ışınlara bölünür.
Kırmızı ve turuncu ışınlar en uzun, mavi ışınlar ise en kısadır.
Mavi ışınlar Dünya'ya diğerlerinden daha az ulaşır ve bu ışınlar sayesinde gökyüzü maviye bürünür.
Gökyüzü her zaman mavi değildir ve bunun nedeni eksenel hareket Toprak.
Deneysel olarak doğada dağılımın nasıl oluştuğunu görselleştirip anlayabildik. Açık ders saati Okulda sınıf arkadaşlarıma gökyüzünün neden mavi olduğunu anlattım. Dağılma olgusunun nerede gözlemlenebileceğini bilmek de ilginçti. günlük yaşam. Bu eşsiz fenomenin çeşitli pratik kullanımlarını buldum. (Ek 5). Gelecekte gökyüzünü incelemeye devam etmek isterim. Daha kaç gizemi barındırıyor? Atmosferde başka hangi olaylar meydana gelir ve bunların doğası nedir? İnsanları ve dünyadaki tüm yaşamı nasıl etkiliyorlar? Belki bunlar gelecekteki araştırmalarımın konuları olacaktır.
Referanslar
1. Vikipedi - özgür ansiklopedi
2. Los Angeles Malikova. Elektronik kılavuz fizikte "Geometrik optik"
3.Peryshkin A.V. Fizik. 9. sınıf. Ders kitabı. M.: Bustard, 2014, s.202-209
4.htt;/www. voprosy-kak-ipochemu.ru
5. Kişisel fotoğraf arşivi “Golyshmanovo Üzerindeki Gökyüzü”
Ek 1.
"Golyshmanovo'nun üzerindeki gökyüzü"(kişisel fotoğraf arşivi)
Ek 2.
Spektrograf kullanarak ışığın dağılımı
Ek 3.
Evde ışık dağılımı
"gökkuşağı"
Ek 4.
Gökkuşağı üst
Üst hareketsiz Üst dönüşte
Ek 5.
İnsan hayatındaki çeşitlilik
Bir uçakta Elmas Işıklar
Araba farları
Yansıtıcı işaretler
HİPOTEZ: Çalışma planı: Işığın ne olduğunu inceleyin; Işık ışınlarının geliş açısına bağlı olarak şeffaf bir ortamın rengindeki değişimi araştırın; Gözlemlenen olaya bilimsel bir açıklama getirin. Gökyüzünün rengindeki değişiklikler, ışık ışınlarının Dünya atmosferine girme açısıyla ilişkilidir.
Teorik kısım Herkes kristalin kenarlarının ve küçük çiy damlalarının gökkuşağının tüm renkleriyle nasıl parıldadığını gördü. Neler oluyor? Sonuçta beyaz güneş ışığının ışınları şeffaf, renksiz cisimlere düşüyor. Bu fenomenler insanlar tarafından uzun zamandır bilinmektedir. Uzun zamandır Beyaz ışığın en basit olduğuna ve oluşturulan renklerin belirli cisimlerin özel özellikleri olduğuna inanılıyordu.
1865 James Maxwell. Elektromanyetik dalgalar teorisini yarattı. Işık elektromanyetik bir dalgadır. Heinrich Hertz, elektromanyetik dalgaları oluşturmak ve dağıtmak için bir yöntem keşfetti.
Işık, farklı uzunluklardaki dalgaların birleşiminden oluşan bir elektromanyetik dalgadır. Görüşümüzle EMW uzunluklarının küçük bir aralığını ışık olarak algılarız. Bu dalgalar hep birlikte bize beyaz ışık verir. Ve eğer dalgaların bir kısmını bu aralıktan seçersek, onları bir tür renge sahip ışık olarak algılarız. Toplamda yedi ana renk vardır.
Deneyin prosedürü: Kabı (akvaryumu) suyla doldurun; Suya bir miktar süt ekleyin (bunlar toz parçacıklarıdır) El fenerinin ışığını suyun üstüne yönlendirin; Öğle saatlerinde gökyüzünün rengi budur. Işığın suya gelme açısını 0'dan 90'a değiştiriyoruz. Renk değişimini gözlemleyin.
Sonuç: Gökyüzünün rengindeki değişim, ışık ışınlarının Dünya atmosferine girdiği açıya bağlıdır. Gökyüzünün rengi gün içerisinde maviden kırmızıya doğru değişmektedir. Ve ışık atmosfere girmediğinde, o zaman burası Gece çöküyor yeryüzüne. Geceleri uygun havaışık bize geliyor uzak yıldızlar ve ay yansıyan ışıkla parlıyor.
Belediye bütçeli eğitim kurumu
"Kislovskaya ortaokulu" Tomsk bölgesi
Araştırma çalışması
Konu: “Gün batımı neden kırmızı...”
(Işık dağılımı)
Çalışmayı tamamlayan: ,
5A sınıfı öğrencisi
Süpervizör;
kimya öğretmeni
1. Giriş …………………………………………………………… 3
2. Ana bölüm………………………………………………………4
3. Işık nedir……………………………………………………….. 4
Çalışma konusu– gün batımı ve gökyüzü.
Araştırma hipotezleri:
Güneşin gökyüzünü farklı renklerde renklendiren ışınları vardır;
Laboratuvar koşullarında kırmızı renk elde edilebilir.
Konumun alaka düzeyi, dinleyiciler için ilginç ve faydalı olacağı gerçeğinde yatmaktadır, çünkü birçok insan berrak mavi gökyüzüne bakar ve ona hayran kalır ve çok az kişi neden gündüzleri bu kadar mavi ve gün batımında kırmızı olduğunu ve buna neyin sebep olduğunu bilir. onun rengidir.
2. Ana bölüm
İlk bakışta bu soru basit gibi görünse de aslında ışığın atmosferdeki kırılmasının derin yönlerini etkiliyor. Bu sorunun cevabını anlayabilmeniz için önce ışığın ne olduğu hakkında fikir sahibi olmanız gerekir..jpg" align="left" height="1 src=">
Işık nedir?
Güneş ışığı enerjidir. Mercek tarafından odaklanan güneş ışınlarının ısısı ateşe dönüşür. Işık ve ısı beyaz yüzeyler tarafından yansıtılır ve siyah yüzeyler tarafından emilir. Bu yüzden beyaz giysiler siyahtan daha soğuk.
Işığın doğası nedir? Işığı ciddi olarak incelemeye çalışan ilk kişi Isaac Newton'du. Işığın mermi gibi ateşlenen parçacıklardan oluştuğuna inanıyordu. Ancak ışığın bazı özellikleri bu teoriyle açıklanamamıştır.
Başka bir bilim adamı olan Huygens, ışığın doğasına ilişkin farklı bir açıklama öne sürdü. Işığın "dalga" teorisini geliştirdi. Tıpkı havuza atılan bir taşın dalga yaratması gibi, ışığın da darbeler veya dalgalar oluşturduğuna inanıyordu.
Bugün bilim adamları ışığın kökeni hakkında hangi görüşlere sahipler? Şu anda ışık dalgalarının var olduğuna inanılıyor. karakteristik özellikler Aynı anda hem parçacıklar hem de dalgalar. Her iki teoriyi doğrulamak için deneyler yapılıyor.
Işık, yaklaşık 300.000 km/s hızla hareket eden ve kütlesiz, ağırlıksız parçacıklar olan fotonlardan oluşur. dalga özellikleri. Işığın dalga frekansı rengini belirler. Ayrıca salınım frekansı ne kadar yüksek olursa dalga boyu da o kadar kısa olur. Her rengin kendine ait titreşim frekansı ve dalga boyu vardır. Beyaz güneş ışığı bir cam prizmadan kırıldığında görülebilen birçok renkten oluşur.
1. Prizma ışığı ayrıştırır.
2. Beyaz ışık karmaşıktır.
Işığın geçişine yakından bakarsanız üçgen prizma, ışık havadan cama geçtiği anda beyaz ışığın ayrışmasının başladığını görebilirsiniz. Cam yerine ışığa karşı şeffaf olan diğer malzemeleri kullanabilirsiniz.
Bu deneyin yüzyıllarca ayakta kalması ve tekniğinin önemli bir değişiklik olmadan hala laboratuvarlarda kullanılması dikkat çekicidir.
dağılım (enlem.) – saçılma, dağılım – dağılım
I. Newton'un dağılım deneyleri.
I. Newton, ışığın dağılması olgusunu inceleyen ilk kişiydi ve onun en önemli çalışmalarından biri olarak kabul edilir. bilimsel değerler. 1731'de dikilen ve ellerinde amblemini tutan genç adam figürleriyle süslenmiş mezar taşında boşuna değil. büyük keşifler, figürlerden biri bir prizma tutuyor ve anıtın üzerindeki yazıtta şu sözler yer alıyor: "Işık ışınlarındaki farklılığı ve aynı anda ortaya çıkan çeşitli özellikleri, daha önce kimsenin şüphelenmediği şekilde araştırdı." Son ifade tamamen doğru değil. Dispersiyon daha önce biliniyordu ancak detaylı olarak incelenmedi. Newton, teleskopları geliştirirken merceğin ürettiği görüntünün kenarlarının renkli olduğunu fark etti. Newton, kırılmayla renklenen kenarları inceleyerek optik alanındaki keşiflerini yaptı.
Görünür spektrum
Beyaz bir ışın prizmada ayrıştırıldığında radyasyonun bulunduğu bir spektrum oluşur. farklı uzunluklar dalgalar aşağıda kırılır farklı açılar. Spektrumda yer alan renkler, yani aynı dalga boyundaki (veya çok dar aralıktaki) ışık dalgaları tarafından üretilebilen renklere spektral renkler denir. Birincil spektral renkler (sahip özel isim) ve bu renklerin emisyon özellikleri tabloda sunulmaktadır:
Spektrumdaki her “renk” karşılaştırılmalı ışık dalgası belirli uzunluk
Spektrumun en basit fikri gökkuşağına bakarak elde edilebilir. Su damlacıklarında kırılan beyaz ışık, tüm renklerden birçok ışından oluştuğu ve farklı şekilde kırıldığı için bir gökkuşağı oluşturur: kırmızı olanlar en zayıf, mavi ve mor en güçlüdür. Gökbilimciler Güneş'in, yıldızların, gezegenlerin ve kuyruklu yıldızların spektrumlarını incelerler çünkü spektrumlardan çok şey öğrenilebilir.
Azot" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">nitrojen. Kırmızı ve mavi ışık oksijenle farklı şekilde etkileşime girer. Mavinin dalga boyu kabaca bir oksijen atomunun boyutuna karşılık geldiğinden ve bu nedenle mavi ışık oksijen tarafından dağılır farklı taraflar Kırmızı ışık sakin bir şekilde atmosferik katmandan geçerken. Aslında mor ışık atmosferde daha da fazla dağılır, ancak insan gözü buna mavi ışığa göre daha az duyarlıdır. Sonuç olarak insan gözü, oksijenin her yönden saçtığı mavi ışığı yakalar ve bu nedenle gökyüzü bize mavi görünür.
Dünya'da atmosfer olmasaydı Güneş bize parlak beyaz bir yıldız olarak görünür, gökyüzü ise siyah olurdu.
0 " stil = "kenar daraltma: daraltma; kenarlık: yok">
Olağandışı olaylar
https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg" alt=" şafak" align = "sol" genişlik = "140" yükseklik = "217 src = "> Auroralar Antik çağlardan beri insanlar auroraların görkemli resmine hayran kalmış ve kökenlerini merak etmişlerdir. Auroralardan ilk söz edenlerden biri Aristoteles'te bulunur. 2300 yıl önce yazdığı “Meteoroloji”de şunları okuyabilirsiniz: “Bazen açık gecelerde gökyüzünde birçok olay gözlenir - boşluklar, yarıklar, kan kırmızısı renk...
Sanki bir ateş yanıyor gibi görünüyor."
Geceleri net bir ışın neden dalgalanıyor?
Hangi ince alev gökkubbeye yayılıyor?
Bulutları tehdit etmeyen şimşek gibi
Sıfırdan zirveye ulaşmaya mı çalışıyorsunuz?
Donmuş bir top nasıl olabilir?
Kışın ortasında yangın mı çıktı?
Aurora borealis nedir? Nasıl oluşur?
Cevap. Aurora, Güneş'ten uçan yüklü parçacıkların (elektronlar ve protonlar) atomlar ve moleküllerle etkileşiminden kaynaklanan ışıldayan bir parıltıdır. dünyanın atmosferi. Bu yüklü parçacıkların atmosferin belirli bölgelerinde ve belirli yüksekliklerde ortaya çıkması etkileşimin sonucudur. güneş rüzgarıİle manyetik alan Toprak.
Aerosol" href="/text/category/ayerozolmz/" rel="bookmark">toz ve nemin aerosol dağılımı, bunlar ayrışmanın ana nedenidir güneşli renk(varyans). Zenit konumunda, güneş ışınının havanın aerosol bileşenleri üzerindeki etkisi neredeyse dik açıda meydana gelir, gözlemcinin gözleri ile güneş arasındaki katman önemsizdir. Güneş ufka doğru ne kadar alçalırsa katman kalınlığı o kadar artar atmosferik hava ve içindeki aerosol süspansiyonunun miktarı. güneş ışınları Gözlemciye göre asılı parçacıkların geliş açısı değişir ve ardından güneş ışığının dağılımı gözlenir. Yani yukarıda da belirttiğimiz gibi güneş ışığı yedi ana renkten oluşur. Her rengin, tıpkı bir elektromanyetik dalga gibi, kendi uzunluğu ve atmosferde dağılma yeteneği vardır. Spektrumun ana renkleri kırmızıdan mora kadar bir ölçekte sıralanmıştır. En az yetenek Kırmızı renk, atmosferde saçılmaya (ve dolayısıyla emilmeye) karşı hassastır. Dispersiyon olgusu ile ölçekte kırmızıyı takip eden tüm renkler, aerosol süspansiyonun bileşenleri tarafından saçılır ve onlar tarafından emilir. Gözlemci yalnızca kırmızı rengi görür. Bu, atmosferik hava tabakası ne kadar kalınsa, askıda kalan maddenin yoğunluğu da o kadar yüksek olur ve spektrumdaki ışınlar o kadar fazla dağılır ve emilir. Ünlü doğal fenomen: 1883'te Krakatoa Yanardağı'nın güçlü patlamasından sonra farklı yerler gezegende birkaç yıldır alışılmadık derecede parlak, kırmızı gün batımları gözlemlendi. Bu, patlama sırasında volkanik tozun atmosfere güçlü bir şekilde salınmasıyla açıklanmaktadır.
Araştırmamın burada bitmeyeceğini düşünüyorum. Hala sorularım var. Bilmek istiyorum:
Işık ışınları çeşitli sıvı ve çözeltilerden geçtiğinde ne olur;
Işık nasıl yansıtılır ve emilir.
Bu çalışmayı tamamladıktan sonra, benim için ne kadar şaşırtıcı ve yararlı şey olduğuna ikna oldum. pratik aktivitelerışığın kırılması olayını içerebilir. Gün batımının neden kırmızı olduğunu anlamamı sağlayan da buydu.
Edebiyat
1. Fizik. Kimya. 5-6 sınıf Ders kitabı. M.: Bustard, 2009, s.106
2. Doğadaki Şam çeliği olgusu. M.: Eğitim, 1974, 143 s.
3. “Gökkuşağını kim yaratıyor?” – Kvant 1988, Sayı. 6, s.
4. Newton I. Optik üzerine dersler. Doğada Tarasov. – M.: Eğitim, 1988
İnternet kaynakları:
1. http://potomi. ru/ Gökyüzü neden mavi?
2.http://www. voprosy-kak-i-pochemu. ru Gökyüzü neden mavi?
3. http://deneyim. ru/kategori/eğitim/