در حال ویرایش نور

نور می‌تواند در خلا انتقال یابد وعاملی مادی لازم ندارد که سوار برآن سیر کند . دراین عبارتتفاوت مشخصی میان نور و صوت می بینیم صوت پدیده کاملا متمایزی است ، پدیده ای است  

در سال 1610 گالیله یکی از نخستین تلسکوپ ها را ساخت وتوانست به کمک آن چهار قمر مشتری را رصد کند . دوره گردش این قمر ها که به وسیله او ثبت شده عبارتند از: یو، 1.769 روز؛ اوروپ،3.551روز؛گانیمد،7.155 روز؛ وگالیتسو،16.689روز. اقمار مشتری را می‌توان به صورت عقربه های ساعت(ساعتی چهار عقربه ای)تجسم کرد ودر هر موقع با توجه به مواضع آنها، زمان را معین کرد .در سال 1675 ، اوله رومر، اخترشناس دانمارکی متوجه شد که استفاده از اقمار مشتری به عنوان یک ساعت طبیعی برای کشتیرانی در دریا موثر است. در آن ایام هیچ ساعتی وجود نداشت که در کشتی متلاطم زمان دقیق را به دریانوردان نشان دهد . برای دریا نوردی دانستن زمان دقیق لازم است . اگر دریا نوردی که در حال کشتیرانی بود می‌توانست قمر های مشتری را در بخش معینی از سال رصد کند، واگر حرکت این اقمار مانند عقربه های ساعت منظم بود ، او می‌توانست زمان را مشخص کند . رومر ، از رصد خانه اش که در خشکی مستقر بود، رصد های گالیه را با دقت بیشتر تکرار کرد و این کار را با دور گردش" یو" آغاز کرد . او زمانهای متوالی " یو " گرفتگی یعنی مدت زمانهایی را که یو ضمن گدش خود بر پشت مشتری قرار می گرفت ثبت کرد . رومرر از موضع خود(بر روی زمین)در نزدیکی Eo چند گvدش یو را رصد کرد و میانگین نتایج کار خود را ، مانند هر راصد ماهری، محاسبه کرد. حال ، اگر آنطور که رومر انتضار داشت، گردش یو منظم (همواره ا دوره گردش یکسان) بود، او می‌توانست " یو" گرفتگی دیگری را، مثلاً از موضع زمین درE5 ، پیشگویی کند. اما وی توفیقی به دست نیاورد ودر مقایسه با زمان پیشگویی او ، یو گرفتگی 1000 ثانیه بعد صورت می گرفت . رومر بعداً پی برد که موضع او درE5 ، نسبت به وقتی که در E1 است، از مشتری بسیار دورتر دیده می شود . وی نتیجه گرفت که تاخیر 1000 ثانیه ای باید مربوط به این واقعیت باشد که نور مسافت بیشتری را طی می کند تا سیپنال گرفتگی را به مقصد برساند . اگر رومر می دانست که قطر اطول مدار زمین 299،330،000 کیلو متر است می‌توانست سرعت سیر نور ا به صورت زیر محاسبه کند؛

ما معمولاً سرعت اشیا را بر حسب کیلو متر بر ساعت اندازه می گیریم ، بنابراین در نخستین وهله درست متوجه نمی شویم که سرعت سیر نور چقدر است . از این و سرعت سیر نور بر حسب کیلو متر بر ثانیه اندازه گیری می شود . شاید یک مسافرت تخیلی در این امر مارا یاری کند. فرض کنید بر سفینه ای سوارید که می‌تواند با موشک سرعت نا محدودی پیدا کند. در این صورت ، وقتی موشک به راه اُفتد می‌تواند سرعتی برابر با 300000 کیلو متر بر ثانیه به دست آورد . با چنین سرعتی می‌توان در یک ثانیه هفت بار استوای زمین را دور زد . اگر بتوانید چنین سرعتی را بفهمید ، خواهید توانست از ابعاد عالم درکی به دست آورید، زیرا واحد طولی که برای اندازه گیری فواصل کهکشانها وستارگان به کار می رود ، مستقیماً به سرعت نور بستگی دارد چون نور مسافت  تقریبا 300000 کیلومتررا در یک ثانیه طی می کند وهردقیقه 60 ثانیه است ، پس در یک دقیقه مسافت 300000×60 کیلومتر ودر یک ساعت مسافت 60 × 60×300000 کیلومترودر یک روز مسافت 24×60×60×300000 کیلومتر ، وبالا خره در یک سال 25ر365×24×60×60×300000 کیلومتر را طی می کند . مسافتی که نور طی یک سال می پیماید، حاصل همین ضرب اخیر خواهد بود ؛ این مسافت رایک سال نوری می نامند.

وسیله ای که مایکلسن توانست به آن وسیله زمان رسیدن نور ازیک قله به قله دیگر و بازگشت آن را اندازه گیری کند آینه ای بود که موتوری آن را می چرخانید . این موتور می‌توانست آینه را باهر سرعت مطلوبی بچرخاند. منبع نور درخشانی برسطح آینه A ، یکی از هشت آینه نصب شده برچرخی هشت وجهی، می تابید آینه چرخان ابتدا، در حالت سکون وطوری قرار گرفت بود که سطح A نور را به یک آینه تخت واقع بر کوه سن آنتونیو باز می تاباند واین آینه تخت نور را به سطح C واز آنجا به منظره یاب باز می گرداند . وقتی که چرخ می چرخید، سرعت آن طوری میزان شده بود که درخش نور ارسالی از سطح A باید د سطح B دریافت می شد، یعنی در فاصله زمانی که درخش نور مسافت رفتن به قله سن آنتونیو وبازگشت از آنجا را می پیمود ، چرخ یک هشتم دور چرخیده بود . طول این فاصله رفت و برگشت 70.7738 کیلومتر و آهنگ چرخش چرخ 3529.37 دور در ثانیه بود. بنابراین محاسبه سرعت به صورت زیر درمی آمد:

شاید پدیدة باردار شدن الکتریکی را در وقتی که روی یک فرش راه می روید تجربه کرده باشید. جسم کوچکی را در نظر بگیرید که باردار شده و در حال سکون است، فضای اطراف این جسم باردار ("منطقه نفوذ" آن) را می‌توان به صورت یک میدان تلقی کرد. هرگاه ذره (آزمون)‌ بار دیگری به این میدان وارد شود، نیروی ثابتی بر آن وارد می آید. اگر بار ذره آزمون مانند بار ذرات ثابت باشد، مثلاً هر دو مثبت باشند، بر ذره آزمون نیروی، دافعه ( رانش) وارد می آید و اگر بار ذره آزمون مخالف (ناهمنام) بار ذره ثابت باشد، بر آن نیروی جاذبه (ربایشی) وارد خواهد آمد. حال اگر ذره اول، نوسان کند، ذره آزمون دستخوش یک میدان متغیر می شود و با به نوسان درآمدن به این تاثیر پاسخ می دهد.  

بار دیگر یادآور می شویم که نور تنها بخش کوچکی از طیف الکترومغناطیس به شمار می آید، که شامل تابش رادیویی، گرمایی (فروسرخ)، فرابنفش،‌ پرتوهای ایکس، و پرتوهای گاماست.عامل اختلاف این تابش ها چیست؟ این عامل طول موج آن هاست. می‌توانیم که طول موج در میدان الکتریکی متغیر را به صورت فاصلة آشفتگی تلقی کنیم که یک نوسان کامل، مثلاً قلة یک موج به قلة دیگر، طی می کند. همچنین یادآور می شویم که همة انواع آشفتگی الکترومغناطیسی در فضای خالی با سرعت تقریباً 300000 کیلومتر بر ثانیه سیر می کنند؛ از این رو، اگر یک موج رادیویی در یک سیکل فاصله 1000 متر را طی می‌کند، سیکل و فاصله 300,000,000 متر را در یک ثانیه طی کند، تعداد سیکل های آن در هر ثانیه 1000/300,000,000 یعنی ثانیه/سیکل 300000 خواهد بود که آن را بسامد (فرکانس) آشفتگی موج می نامند. بنابراین، هر جا که بحثی از طول موج به میان می آید، می‌توانید از تقسیم سرعت نور بر طول موج (البته، با واحد های یکسان) بسامد موج را محاسبه کنید.

تا کنون از چند آزمایش(قطبش،پراش)یاد کردیم که می‌توان آنها را به کمک ماهیت موجی نور به آسانی توضیح داد.اما بعضی آزمایش ها مستلزم توضیحی از نوع دیگر است.یکی از این ازمایش ها را می‌توان با استفاده از الکتروسکوپی انجام داد که یک ورقه ی پاکیزه ای از فلز روی به نوک آن متصل است.الکتروسکوپ وسیله ای است که با آن می‌توان وجود بار الکتریکی را اشکار ساخت.هرگاه بار الکتریکی بر صفحه ی روی موجود نباشد برگه های الکتروسکوپ با هم به پایین می افتند،اما اگر ورقه ی روی باردار شود این بار به ورقه های الکتروسکوپ منتقل می‌شود و بارهای همنامی پیدا می کنند؛در نتیجه یکدیگر را می رانند و از هم جدا می شوند.

فرض کنید به ورقه ی روی بار منفی(الکترونهای اضافی)داده باشیم،و دو برگه ی فلزی الکتروسکوپ از هم جدا شده باشند.اگر در این حالت نور فرابنفش بر این ورقه تابانده شود خواهیم دید که برگه ها پایین می افتند و به جای اول خود بازمیگردند.این امر حاکی از آن است که الکترونها به خارج صفحه رانده شده اند و با خروج الکترونهای اضافی الکتروسکوپ بدون بار شده است.برای توضیح این پدیده که اثر فوتوالکتریک نامیده می شود،باید بدانیم که نور نه تنها مانند موج عمل می‌کند،بلکه رفتاری ذره مانند نیز دارد.ذرات نور،به نام فوتون، می‌توانند الکترونها را از سطح ورقه ی روی آزاد کنند.این ذرات برخلاف ذرات معمولی که می‌توان آنها را با ترازو وزن کرد و جرمشان را به دست اورد،فاقد جرم سکون اند و به اصطلاح جرم سکونشان صفر است.به بیان دیگر،فقط وقتی که این ذرات در حال حرکت باشند مشخصه ی جرم گونه ای دارند.فوتونها را به صورت"بسته هایی"از انرژی می‌توان تلقی کرد که با سرعت نور سیر می کنند.کیفیت جرم گونه ی این ذرات از این طریق با انرژی انها برابری می کند که: انرژی یک تک فوتون با عکس طول موج آن متناسب است.به این ترتیب،فوتونهایی که با طول موجهای کوتاهتر مشخص می شوند حامل انرژی بیشتری اند.مثلا نور فرابنفش،به ازای هر فوتون،انرژی بیشتری از نور آبی دارد.نور آبی را با هر شدتی به صفحه ی الکتروسکوپ بتابانیم هیچ الکترونی را آزاد نخواهد کرد،اما اگر نور فرابنفش به این صفحه بتابد الکترونهای آن بیرون می جهند.بدیهی است که فوتونهای نور فرابنفش حامل انرژی کافی برای آزاد کردن الکترون است،در حالی که فوتونهای نور آبی برای انجام این کار،انرژی ندارند.

برای توضیح بیشتر این مطلب که فوتونهای امواج کوتاه انرژی بیشتری به همراه دارند،پرتوهای x  را در نظر بگیرید.این پرتوها از بخشهای گوشتی بدن، به آسانی میگذرند درحالی که نور سفید معمولی از آن عبور نمی‌کند.اگر نور فقط رفتار موج گونه ای می داشت،مانند ذرات عمل نمی کرد و توضیح اثر فوتو الکتریک امکانپذیر نبود.

تغییر مولفه الکتریکی یک موج الکترومغناطیسی را با سمتگیری قائم؛که به بالا و پایین تغییر می کند،مشاهده کنید.اما،نور نوعا به وسیله اتمهایی گسیل می شوند که در جهتهای بسیار متفاوتی نوسان می کند و ما چنین نوری را نا قطبیده می گوییم.اگر می‌توانستید نوسان های الکتریکی چنین باریکه ای از نور را،در حال نزدیک شدن به چشمتان ببینید،شاهد سمتگیریهای گوناگونی می شدید.هرگاه نور نا قطبیده از میان پالایه های خاصی بگذرد قطبیده می شود.این پالایه ها از بلورهای دراز و سوزنی شکلی ساخته شده اند که به طور منظم در یک جهت قرار گرفته اند و بنابراین تنها نوسان هایی که با طول بلور ها موازی باشند آزادانه از آنها عبور می کنند.به این ترتیب نور قطبیده می شود.عمل این پالایه ها شبیه به دره های نرده ای است.فضا های باریک و طویل ما بین نرده ها به حرکت موجی یک طناب امکان می دهد که فقط در جهت عمودی از آنها بگذرد،و بنابراین می گوییم که دروازه اول  موج را قطبی می‌کند.اگر سمتگیری دروازه دوم در همان جهت دروازه اول باشد،موج قطبی شده بدون مانع از آن می گذرد  اما،اگر دروازه دوم 90 درجه بچرخد در این صورت عبور موج قطبی شده سد می شود.وقتی که آفتاب به یک سطح تخت مانند سطح دریاچه یا کاپوت اتوموبیل برخورد می کند پرتو های بازتابیده گرایش دارند در جهت افقی قطبیده می شوند  زیرا چنین سطحی نوسان هایی را که بر آن عمودند جذب کند اما پرتو های موازی با خود را باز می تاباند.چنین نور بازتابیده ای را تابش شدید می گویند،چون به طور افقی قطبیده شده است می‌توان با استفاده از عینک های آفتابی که نرده های عمودی دارند مانع رسیدن آن به چشم شد.ارزش عینک های افتابی در این است که از عبور نور شدید و ورود آن به چشم جلوگیری می کنند.

اخترشناسان به قطبش نور ستاره ها توجه خاصی دارند زیرا درباره ویژگی های موادی که این نور در سر راه خود به چشم رصد کننده از آنها عبور می کند اطلاعات پر ارزشی کسب می کنند.مثلا ذرات غباری که بر اثر میدان مغناطیسی هم خط شده اند؛نور ستاره را قطبیده می کنند و از این رو می‌توان با اندازه گیری میزان تابش نور ستاره ای که به زمین می رسد،مقدار غباری را که نور از آن گذشته است؛تخمین زد.<ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>

چون این قانون برای هر نقطه ای از سطح ایینه حتی اگر اینه منحنی باشد صادق است می‌توانیم پیش گویی کنیم که پرتو بازتابیده به کجا خواهد رفت.بدین ترتیب قانون بازتابش مبنایی برای طراحی تلسکوپ های بازتابی است.

قانون بازتابش نور را نخست درباره یک فرایند ساده نگاه کردن به خودمان در آینه به کار می گیریم.وقتی که صورت خودتان را در آینه نگاه می کنید،نوک بینی خود را در پشت آیینه و در فاصله ای می بینید که با فاصله واقعی نوک بینی شما در جلو آینه برابر است.این امر ناشی از این واقیت است که به نظر می رسد منشا نور نوک بینی شما در پشت آینه است در حالی که منشا واقعی ان نوک بینی شما در جلو آینه است.زاویه بازتابش با زاویه فرود برابر است.به این ترتیب به نظر می رسد که فاصله کل تصویر در آن طرف آینه با فاصله واقعی شما از جلوی آینه برابر باشد.در واقع،هیچ نوری از آینه نمی گذرد،از این رو هیچ عکسی از محل تصویر نمی‌توان گرفت.چنین تصویری را تصویر مجازی می نامیم.<ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>

یکی از نتایج کمتر محسوس شکست نور در جو زمین ظاهر می‌شود.وقتی نور ستاره ای وارد جو زمین می‌شود،از لایه هایی می‌گذرد که تراکم آنها پی در پی افزایش می یابد و سرعت نور ستاره کند تر و در نتیجه شکسته می‌شود.چون حکم کردن شخص رصد کننده دربارهً موضع سیاره از روی جهتی است که نور آن وارد چشم او می‌شود،وی ستاره را در جایی می بیند که در حدود نیم درجه بالاتر از موضع واقعی آن در آسمان است. آثار شکست جوی وقتی کاملآ آشکار است که خورشید در سطح اقیانوس غروب می‌کند:هنگامی که خورشید به افق نزدیک می شود، پرتو های بخش پایینی آن بیشتراز پرتو های بخش بالایی آن شکسته می شوند و بنابراین خورشید پهن شده به نظر می رسد.<ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>

[[پرونده:Scalling -2.jpg|قاب|وسط|وقتی امواج آب از روزنه ای کوچک می‌گذرد،پراشیده میشوند،یعنی روزنه ای کوچک به مثابه منبع جدید از امواج عمل می‌کند که می‌توانند در همه جهات پخش شوند.(ب)وقتی اواج آب از دو منبع مختلف به هم میرسند،در برخی جاها یکدیگر را حذف میکنند،که در این صورت مانند امتدادخط تداخل ویرانگر ایجاد می‌شود،و در جاهایی دیگر این دو موج یکدیگر را تقویت میپکنند،که مانند امتداد خط تداخل سازنده پدید می آید.]]

فرض کنید تعداد زیادی خط نازک بر یک صفحه شیشیه ای کشیده(خراشیده)شده باشند،در نتیجه بر سر راه عبور نور موانع بسیاری ایجاد می‌شود.چنین وسیله را توری پراش می نامند.وقتی نور ناشی از یک تک منبع از این موانع میگذرند،هر مانع به عنوان یک منبع جدید نور عمل می‌کند. حال نوری را در نظر بگیرید که از دو خراش مجاور،خط های A و B می‌گذرد. بنابر ماهیت موجی نور،تحت برخی زوایا امواج نوری حاصل از خطوط مجاور با یکدیگر تداخل ویرانگر میکنند،که نتیجه یآن ایجاد نوار های تاریک بر روی پرده است و تحت زوایای دیگری،امواج نور به طور سازنده باهم تداخل میکنند که حاصل آن ایجاد نوار های روشن است.فضای میان نواحی تاریک و روشن به فضای میان خط ها وهمچنین به طول موج نور مودر نظر بستگی دارد.