در حال ویرایش نور

'''نور''' دارای تعریف دقیقی نیست و جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه [[الکترومغناطیس]]ی و نظریه کوانتومی با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را توجیه می‌کنند. 

نظریه ماکسول درباره انتشار نور بحث می‌کند، در حالیکه نظریه کوانتومی بر هم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌دهد. ازآمیختن این دو نظریه، نظریه جامعی که الکترودینامیک کوانتومی نام دارد، شکل می‌گیرد. 

چون نظریه‌های الکترو مغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است. سرشت نور کاملاً شناخته شده‌است اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست.



== [[سرعت نور]] ==
سرعت نور در [[خلا]] دقیقا برابر است با ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه (تقریبا ۱۸۶٬۲۸۲ مایل بر ثانیه). چون هم اکنون در [[دستگاه SI]] از یکای متر استفاده می‌شود، [[سرعت]] دقیق نور نیز با یکای متر تعریف شد.

در گذشته، فیزیکدان‌های بسیاری تلاش کردند تا [[سرعت نور]] را بدست آورند که از میان آنان می‌توان به [[گالیله]] اشاره کرد که در قرن ۱۷ میلادی تلاش کرد تا [[سرعت نور]] را بدست آورد. همچنین اوله رومر، فیزیکدان دانمارکی در سال ۱۶۷۶ آزمایشی طراحی کرد تا با کمک یک [[تلسکوپ]] بتواند [[سرعت نور]] را اندازه بگیرد. وی گردش [[مشتری]] و یکی از ماه‌های آن آیو، را زیر نظر گرفت. او محاسبه کرد که ۲۲ دقیقه طول می‌کشد تا نور قطر مدار زمین را بپیماید[۱]. شور بختانه در آن زمان داده‌ها کافی نبود؛ اگر رومه قطر [[مدار]] زمین را داشت، سرعتی که برای نور می‌توانست بدست آورد ۲۲۷٬۰۰۰٬۰۰۰ متر بر ثانیه بود.

اندازه‌گیری دقیق‌تری که برای بدست آوردن [[سرعت نور]] انجام شد در سال ۱۸۴۹ از سوی هیپولیت فیزو (به فرانسوی: Hippolyte Fizeau) بود. او پرتوهایی از نور را به سمت آینه‌ای که کیلومترها دورتر بود هدایت کرد. یک چرخ‌دندهٔ در حال گردش نیز در مسیر نور در فاصلهٔ میان منبع تا آینه و مسیر برگشت تا نقطهٔ مبدا قرار داد. او دریافت که با یک نرخ مشخص گردش، نور می‌تواند در مسیر رفت از میان یکی از [[فضا]]های خالی روی چرخ رد شود و در برگشت از فضای خالی بعدی (سوراخ‌های متوالی) عبور کند. با داشتن فاصلهٔ آینه، تعداد دندانه‌های چرخ و نرخ گردش آن، او توانست سرعت نور را ۳۱۳٬۰۰۰٬۰۰۰ متر بر ثانیه بدست آورد.

در ۱۸۶۲ لئون فوکولت (Léon Foucault) با استفاده از آینه‌های در حال چرخش سرعت نور را ۲۹۸٬۰۰۰٬۰۰۰ m/s بدست آورد. آلبرت آبراهام مایکلسون از ۱۸۷۷ تا زمان مرگش ۱۹۳۱ آزمایش‌های بسیاری را برای بدست آوردن سرعت نور طراحی کرد. او بر روی آزمایش‌های فوکولت بیشتر کار کرد و روش آینه‌های در گردش را پیش بُرد و تلاش کرد مدتی را که طول می‌کشد تا نور مسیر رفت و برگشت میان کوه ویلسون تا کوه سن آنتونیو در کالیفرنیا را بپیماید بدست آورد.

'''مقدار دقیق سرعت نور ۲۹۹٬۷۹۶٬۰۰۰ متر بر ثانیه است.'''

== گستره طول موجی نور ==

نور گستره [[طول موج]]ی وسیعی دارد. ناحیه نور مرئی از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) است که در وسط آن طول موج ۵۵۵ نانومتر (نور زرد) که چشم انسان بیشترین حساسیت را نسبت به آن دارد یک ناحیه پیوسته که ناحیه مرئی را در بر می‌گیرد و تا فروسرخ دور گسترش می‌یابد. خواص نور و نحوه تولید [[سرعت نور]] در محیط‌های مختلف متفاوت است که بیشترین آن در [[خلا]] و یا بطور تقریبی در هوا است در داخل ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته‌است. به‌وسیله کاواک [[جسم سیاه]] می‌توان تمام ناحیه [[طول موج]]ی نور را تولید نمود. در طبیعت در [[طول موج]]های مختلف مشاهده شده امّا مشهورترین آن نور سفید است که یک نور مرکبی از سایر طول موج هاست. تک طول موج‌ها آن را به‌وسیله لامپ‌های تخلیه الکتریکی که معرف طیف‌های اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده می‌توان تولید کرد.


== خواص 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 
که به محیطی مانند هوا، آب، یا مواد جامدی نیاز دارد تا در آن سیر کند . از این گذشته سرعتصوت در مقایسه با سرعت نور (ودیگر انواع تابش الکترو مغناطیسی ) بسیار کم است. سرعت سیر صوت در هوا تقریباً 700 مایل(1120 کیلو متر) در ساعت است، حال آنکه سرعت نور بسیار زیاد تر 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؛

299.330000Km/1000sec=299330Km/sec

گرچه رومر ظاهراً در ساختن ساعت منظمی از قمر های مشتری توفیقی به دست نیاورد ، اما، مبنایی برای یافتن سرعت نور بر پا کرد مشروط بر آنکه فاصله سر تاسر مدار زمین دقیقتر معلوم باشد.

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.

حاصلضرب این اعداد چیزی در حدود 5ر9 تریلیون (9،500،000،000،000) کیلومتر بر سال می شود. آلفا قنطورس ، نزدیکترین ستاره به زمین ، 3ر4 سال نوری از زمین فاصله دارد؛
یعنی فاصله آن از زمین 9،500،000،000،000×3ر4 کیلومتر یا تقریباً 40 تریلیون کیلومتر است. در سال 1924 آلبرت ا. مایکلسن، فیزیکدان آمریکایی، آزمایشی انجام داد وبا آن
توانست سرعت نور را با دقت بیشتری اندازه گیری کند . برای تعیین سرعت ، دانستن دو چیز لازم است ؛ مسافت پیموده شده وزمان لازم برای پیمودن این مسافت. وی بخشی از لوازم خود را
بر قله کوه ویلسوندر کالیفرنیا وبخشی دیگر را در قله کوه سن آنتونیو، به فاصله تقریبی 4ر35 کیلومتر ، مستقر کرد. اندازه گیری فاصله یک قله کوه از قله کوه دیگر کار آسانی نیست ؛امایک گروه مساحی زمین امریکایی با استفاده دقیق از روشهای مساحی استاندارد توانستند فاصله  میان دو محل استقرار وسایل آزمایش را با خطای تقریبی کمتر از یک اینچ اندازه گیری کنند.

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:

پس با آزمایش مایکلسن سرعت نور  299724Km/s یا تقریباً 300000Km/s به دست آمد. البته این آزمایش در خلأ انجام نشده بود، وبنابراین نتیجه آن سرعت نوررا در هوای نزدیکی سطح زمین نشان می داد. مقدار مورد قبول بین المللی سرعت نور تنها اندکی بیشتر، یعنی 299792.485Km/s است. این رقم تنها سرعت نور در خلأ نیست، بلکه سرعت امواج رادیویی، پرتوهای فروسرخ، فرابنفش، پرتوهای ایکس و پرتو های گاما نیزهمین مقداراست.<ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>


== ماهیت‌های متفاوت نور ==

=== ماهیت ذره‌ای ===

ایزاک [[نیوتن]] در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌شوند. 

احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های [[همگن]] به نظر می‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌شوند که این امر را قانون می‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است. برخی دیگر از دانشمندان نیز اظهار داشته‌اند که نوز از ذرات در ارتعاش شدید تشکیل یافته‌است. نیوتن معتقد بود نور از درون واسطه‌ای به نام اتر گذر می‌کند که غیر مادّی است و دیده نمی‌شود. بر اساس نظریه اتر، [[فضا]] آکنده است از این واسطه. هم اکنون این نظریه باطل شده است و معتبر نمی‌باشد.

=== ماهیت موجی ===
  
همه ما با الگوی موج که با انداختن سنگی در یک برکة آرام آب ایجاد می شود، آشناییم. در این عمل انرژی حاصل از سقوط سنگ به آب منتقل می شود، در سطح آب تغیر شکل ایجاد می کند، و این تغییر شکل به صورت موج در تمام جهات به بیرون (کناره های برکه)‌منتشر می شود. مولکول های آب متناوباً و به نحو بسیار بارز و قابل پیشگویی، بالا و پایین می روند، به این ترتیب مقداری از انرژی سقوط سنگ به جسم کوچکی مانند یک قایق کوچک اسباب بازی که در حاشیه ای از سطح آب قرار گرفته است می رسد، و سبب بالا و پایین رفتن آن می شود. این عمل نشان می دهد که چگونه انرژی به وسیله امواج از نقطه ای به نقطه ی دیگر منتقل می شود. نور هم کمیتی است که بر اثر نوسان (بالا و پایین رفتن)‌ ذرات باردار ایجاد می شود، اما انتقال آن از نقطه ای به نقطه ی دیگر سبب بالا و پایین رفتن ذرات نمی شود. این امر بدیهی است، زیرا نور در خلأ هم سیر می کند که در آنجا ذراتی وجود ندارد. 

بنابراین، وقتی که از ماهیت موجی نور سخن می گوییم، منظورمان توالی تغییرات مغناطیسی و الکتریکی و نمایش منحنی این تغییرات است که به صورت نور جلوه می کند.

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. 

به این ترتیب قسمتی از انرژی ذره ای در حال نوسان  به ذره دیگر منتقل می شود، بدون آن که ماده ای مابین آن دو وجود داشته باشد. این مدل ناقصی است از سیر نور در فضای خالی. برای کامل شدن این مدل باید بدانیم که وقتی یک میدان الکتریکی متغیر ایجاد می شود، یک میدان مغناطیسی متغیر به همراه دارد. این دو میدان همیشه لازم و ملزوم یکدیگرند. برای تجسم میدان مغناطیسی متغیر، یک میلة مغناطیسی را با یک دست بگیرید و یک قطبنما را به آن نزدیک کنید. در این حال میلة مغناطیسی را به جلو و عقب بچرخانید. با این کار یک میدان مغناطیسی متغیر برقرار می شود که حرکت عقربه قطبنما آثار آن را معلوم می کند. در اینجا نیز می بینیم که مقداری از انرژی مغناطیسی در حال نوسان به قطبنما منتقل می شود. حتی اگر ماده ای مابین آن دو وجود نداشته باشد. اکنون تصویر کامل تری از نور داریم، یعنی نور را به صورت یک آشفتگی الکترومغناطیسی تجسم می کنیم. این آشفتگی الکترومغناطیسی با یک بار در حال نوسان ایجاد می شود که به طور همزمان یک میدان الکتریکی متغیر و یک میدان مغناطیسی متغیر به وجود می‌آورد. چون مؤلفة الکتریکی موج عامل همة آثار نوری است، و چون مؤلفة مغناطیسی همواره با میدان متغیر الکتریکی توأم است، از این پس ما فقط از مؤلفة الکتریکی سخن می گوییم.

در یک قایق چگونه می شود متوجه شد که سنگی در آب افتاده است؟ از انرژی دریافتی که آن را بالا و پایین می برد. ما چگونه می دانیم که ستاره ای وجود دارد؟ با دریافت انرژی از ستاره و برهم کنشی که با چشم ما دارد. این انرژی در قالب امواج الکترومغاطیسی از ستاره به چشم ما انقال می یابد. چشم ما سیگنالی به مغز می فرستد و ما می گوییم "‌ستاره را می بینیم."

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.

طول موج های سیگنال هایی را که روی امواج رادیوییAM دریافت می کنیم، در گسترة 200 تا 500 متر قرار دارند، در حالی که رادیو آماتور، نوعاً از طول موج های 2 تا 160 متر استفاده می کند. رادیو اخترشناسان به خصوص به امواج رادیویی ما بین 0.001 متر  (1میلیمتر) و ا متر علاقه مندند.طول موج نورهای مرئی بسیار کوتاه و در گستره 10-7×4 تا 10-7×7  قرار دارد و طول موج تابش های فرابنفش، پرتوهای ایکس و گاما از این هم کوتاه ترند. <ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>



=== ماهیت دوگانه نور ===

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.

ایا ممکن است که ماده به طور کلی دارای چنین ماهیت دوگانه ای باشد،یعنی در آن واحد هم ماهیت موجی و هم ماهیت ذره ای داشته باشد؟از آزمایش زیر بر می آید که پاسخ این سوال مثبت است.هرگاه باریکه ای از الکترونها را(که معمولا به صورت ذرات مادی در نظر میگیریم)در روزنه ی بسیار کوچکی از یک شبکه ی بلوری شلیک کنیم،یک نقش پراش ایجاد می شود.این نقش کاملا شبیه به نقش پراشی است که پرتوهای x (که معمولا آنها  را موج می دانیم)با عبور از روزنه های کوچک ساختار ورقه ی آلومینیمی ایجاد می کنند. <ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>

=== ماهیت الکترومغناطیس ===

بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (۱۸۷۹-۱۸۳۱) است که ما امروزه می‌دانیم نور نوعی [[انرژی]] [[الکترومغناطیس]]ی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌شود. 
گسترده کامل امواج الکتروو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش [[پرتو فروسرخ|فروسرخ]] نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش [[پرتو فرابنفش|فرابنفش]]، پرتو ایکس و [[پرتو گاما]] می‌باشد.

=== ماهیت کوانتومی نور ===

طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و [[آلبرت اینشتین]] و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است. یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام «[[فوتون]]» انجام می‌گیرد.
E=hν که در آن ν بسامد و E انرژی است.

== قطبش نور ==
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>


== آبا نور به خط مستقیم سیر می کند؟ ==
نیوتون این ایده را به وضوح بیان کرد که جسم متحرک مادامی که تحت تاثیر یک نیروی خارجی قرار نگیرد به خط مستقیم به حرکت خود ادامه خواهد داد؛از این رو چون گمان ما این است که امواج الکترومغناطیسی در تمام جهات از منبع نور خارج می شوند.منطقی است که تجسم کنیم که یک پرتو نور در فضای خالی به خط مستقیم سیر می کند.ولی ما در فضای خالی زندگی نمیکنیم،بنابراین باید انتظار داشت که نور به چندین دلیل خم شود.نور در اثر برخورد با سطح ایینه باز میتابد،وقتی از ماده ای به ماده دیگر وارد می شود،می شکند با بر اثر نیروی گرانشی مثلا به هنگام عبور از کنار جسمی با جرم زیاد خم می شود.نخست به بازتاب نور می پردازیم.<ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>


== بازتاب نور ==

برای آن که پدیده بازتاب را با دقت بیشتری تشریح کنیم نخست باید بدانیم که منظور از عبارت عمود بر سطح خطی است که در نقطه معینی بر سطحی عمود باشد.تیر پرچمی که بر سطح زمین عمود باشد نمونه ای از خط عمود بر سطح است.زاویه بین پرتو نور فرودی و خط عمود بر سطح را زاویه فرود و زاویه بین پرتو بازتابیده نور و خط عمود بر سطح را زاویه بازتابش می گوییند.قانون بازتابش به صورت زیر بیان می شود.
زاویه فرود با زاویه بازتابش برابر است.

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>


== شکست نور ==
راه دیگری که نور تحت تآثیر محیط خود قرار میگیرد شکست آن است.دانستیم که نور با سرعت299792 در خلآ سیر می‌کند اما سرعت سر نور در آب 224000،و در شیشه یا مواد شفاف دیگر سرعتهای متفاوتی دارد.شکستن(خمیده شدن)نور نتیجه این واقعیت است که سرعت سیر نور در مواد گوناگون متفاوت است. برای نوری با طول موج معین،نسبت سرعت آن درخلآبه سرعت آن در یک محیط معین ضریب شکست نور در آن محیط نامیده می‌شود.مطابق شکل زیر ملاحظه می‌شود زاویه ای که پرتو شکسته شده با خط عمود می سازد زاویه شکست نامیده می‌شود.

[[پرونده:Refraction.jpg|قاب|چپ|شکست نور.باعبور نور از محیطی به محیط دیگر،که سرعتش در محیط جدید تفییر می کند،خم می شود.]]

وقتی که نور از هوا وارد آب می‌شود،زاویه شکست کوچکتر از زاویه فرود است و علت این امر آن است که سرعت نور در آب کمتر از سرعت نور در هواست.اصل شکست را می‌توان با قدم رو دسته ای از سربازان نشان داد.وقتی که این دسته سرباز از زمینی خشک وارد زمین گل آلود میشوند،گلبودن زمین سبب کند شدن حرکت پای سربازان می‌شود گل به پای سربازان می چسبد و قدم آنان را کندتر می‌کند. شاید دیده باشید که وقتی از زاویه ای به قاشقی که در یک لیوان آب است نگاه میکنید، خمیده به نظر می آید.این خمیدگی ظاهری ناشی از شکست نور است.

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>

{{-}}
== پاشندگی نور بر اثر شکست ==

پدیده ای که همزمان با شکست نور اتفاق می افتد پاشدگی آن است.نور سفید از چند رنگ ترکیب شده است و هر رنگ طول موج خاصی دارد. هنگامی که نور سفید وارد یک منشور شیشه ای می‌شود،هر طول موج سرعتی خاص خود در این محیط دارد.سرعت طول موج های کوتاهتر(مثلآ نور بنفش)کمتر از سرعت طول موج های بلندتر(مثلآ فرو سرخ)است ودر نتیجه نور بنفش بیشتر ازنور قرمز خم می‌شود. پاشندگی،بنابر تعریف،عبارت است از نفکیک نور سفید به رنگ های گوناگون،که طیف را ایجاد می‌کند.در شکل زیر قسمت الف مشاهده می کنید که چگونه شکست، بازتاب وشکست دوم نور در یک قطره آب سبب ایجاد رنگین کمان می شود. <ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>


[[پرونده:Refraction-22.jpg|قاب|وسط|نور سفید شکسته می شود؛این نور پاشیده هم می‌شود (تفکیک به رنگهای تشکیل دهنده اش)الف) از طریق یک قطره آب (ب)بوسیله یک منشور]]

[[پرونده:Prism anim-UTenn.gif|وسط]]
{{-}}

== پراش نور ==
[[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.]]

هنگامی که امواج از کنار یک مانع(یا از روزنه ای)میگذرند،خود این مانع به منبع جدیدی از امواج تبدیل می‌شود که آنها را در همه جهات پراکنده میکنند.این پدیده،به نام پراش نور را در امواج آب در شکل ریز مشاهده میکنید.پراش نور در ابزار ستاره‌شناسی برای تشکیل تصاویر واضح زیانبار است،زیرا وقتی نور وارد تلسکوپ می‌شود باید از موانع متعدد بگذرد.در نزدیکی پبشانی بسیاری از تلسکوپ ها برای نگه داشتن آینه دوم یا "محفظه"مشاهده،مهارهایی را کار میگذارند. این مهار ها موانعی اند که باید نور از آنها بگذرد؛تصویر این موانع بر روی تصویر ستاره های درخشان می افتد(شکل زیر).این میخ های صلیبی شکل(به نام میخ های پراش)را بر روی تصویر ستارگان درخشان در بسیاری از صفحات عکاسی می‌توان دید.پراش نور در هر تلسکوپی مانع تشکیل تصویر های کامل ستارگان می‌شود.از طرف دیگر به زودی خواهیم دید که چگونه می‌توان از این پدیده در طیف نما استفاده مفید کرد.<ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>


[[پرونده:Pleiades.jpg|وسط|قاب| میخ های صلیبی شکل که روی تصاویرستاره ای روشنتر(به نام میخ های پراش)ظاهر میشوند،وقتی تولید میشوند که نور ستاره ناگزیر است از ساختار های تکیه گاهی ثانویه بر سر راهش به آینه اولیه عبور کند. حتی روزنه گرد در پیشانی تلسکوپ یک مانع به شمار می آید،وتصویر پراش آن به صورت دایره ای پیرامون ستاره دیده می‌شود.]]


== تداخل نور ==

وقتی دو (یا چند) روزنه(یا مانع)به عنوان منابع جدید امواج عمل کنند،یکنقش تداخلی،مانند شکل بالا(ب)،دیده می شود. در طول خط هیچ حرکت موجی آشکار نیست،و این امر دلالت بر آن دارد که موج های ناشی از دومنبع یکدیگر را حذف کرده اند.این تداخل راتداخل ویرانگر میگویند.نمودار موج ویرانگر را،وقتی قله(بالاترین نقطه)یک موج با فرو رفتگی (پایینترین نقطه)موج دیگر برخورد می‌کند.

از سوی دیگر در امتداد خط درشکل بالا(ب)،موج ها یکدیگر را تقویت می کنند.این پدیده تداخل سازنده است،و وقتی پیش می آید که،مطابق شکل2-20 ،ثله یکی از موجها با قله دیگر و فرورفتگی همان موج با فرو رفتگی موج دیگر برخورد کند.


هم پراش و هم تداخل به آسانی درامواج آب دیده میشوند،اما چه شواهدی در دست داریم که حکم کنند همین پدیده هادر نور هم صورت میگیرند؟


[[پرونده:Interference.gif|قاب|وسط|وقتی امواج مشابه ازدو منبع خارج میشوند اما مسیز هایی با طول های متفاوت را می پیمایند،می‌توانند تداخل سازنده کنند(ایجاد یک خط روشن)یا به طور ویرانگر تداخل کنند (ایجاد خط تاریک)]]
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.

[[پرونده:Images (2).jpg|چپ|قاب|تداخل نور،نوار های روشن ناشی از تداخل سازنده امواج نور،و نوار های تاریک حاصل تداخل ویرانگر امواج نورند.]]
از این گذشته،نوارهای روشن ممکن است رنگی دیده شوند،طیف کامل در هر نوار آشکار،در مکانهایی اندک متفاوت بر پرده،تداخل سازنده میکنند.به این ترتیب،توری پراش به صورت وسیله ی مهمی در می آید که با آن نور یک منبع معین می‌تواند به اجزای طیفی آن پراشیده شود،نکته ای که در تجزیه طیف نمایی ستارگان و کهکشان ها بسیار به کار می آید.<ref name="multiple">کتاب نجوم دینامیکی/نوشته رابرت تی. دیکس.ن / ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی</ref>

{{-}}
[[رده:فیزیک]]

== جستاره ای دیگر ==
* [[سرعت نور]]
* [[امواج الکترومغناطیسی|امواج الکترومغناطیس]]

== منبع ==

<references />


2.ویکی پدیا فارسی