نور

شکست نور مریی سفید در یک منشور به طول‌موج‌های دیگر، طول‌موج‌های بلندتر، متمایل به قرمز و موج‌های کوتاهتر، مایل به آبی‌اند.
نور مرئی یا نور یا پرتو ، یک تابش الکترومغناطیسی و حاوی فوتون است که به چشم انسان و دیگر موجودات مرئی نمایان می‌شود. نور مرئی با طول‌موجی از حدود ۳۸۰ تا حدود ۷۴۰ نانومتر در بین دو نور نامرئی فروسرخ که در طول‌موج‌های بلندتر و فرابنفش که با طول‌موج‌های کوتاه‌تر یافت می‌شود، قرار دارد.
پرتو دارای تعریف دقیقی نیست، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد؛ ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت بنا شده باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را توجیه می‌کنند.
نظریه جیمز کلرک ماکسول درباره انتشار الکترومغناطیس و نوربحث می‌کند در حالیکه نظریه کوانتومی برهم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌دهد، از آمیختن این دو نظریه، نظریه جامعی که الکترودینامیک کوانتومی نام دارد، شکل می‌گیرد.
نظریه‌های الکترومغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند بنابراین می‌توان منصفانه فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز، کم‌وبیش در چارچوب ریاضی جوابگوست. سرشت نور کاملا شناخته شده‌است اما در مورد واقعیت نور هم‌چنان پرسش وجود دارد.
نمودار سرعت سنج فوکو در آزمایش نور، که در آن یک لیزر، منع نور است.
سرعت نور
سرعت نور در خلاء دقیقا ۲۹۹،۷۹۲،۴۵۸ متر بر ثانیه است. چون هم اکنون در دستگاه SI از یکای متر استفاده می‌شود، سرعت دقیق نور نیز با یکای متر تعریف شده‌است. در گذشته، فیزیک‌دانان بسیاری تلاش کردند تا سرعت نور را بدست آورند که از میان آنان می‌توان به گالیلئو گالیله اشاره کرد که در قرن ۱۷ میلادی برای بدست آوردن سرعت نور تلاش کرد.
همچنین اوله رومر، فیزیکدان دانمارکی در سال ۱۶۷۶ آزمایشی طراحی کرد تا با کمک یک تلسکوپ بتواند سرعت نور را اندازه‌گیری کند. وی گردش سیاره 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. شوربختانه 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 می‌بود.
در سال ۱۸۴۹ از سوی ایپولیت فیزو، اندازه‌گیری دقیق‌تری برای بدست آوردن سرعت نور انجام شد. او پرتوهایی از نور را به سمت آینه‌ای که کیلومترها دورتر بود هدایت کرد. یک چرخ‌دنده در حال گردش نیز در مسیر نور در فاصله میان منبع تا آینه و مسیر برگشت تا نقطه مبدا قرار داد. او دریافت که با یک نرخ مشخص گردش، نور می‌تواند در مسیر رفت از میان یکی از فضاهای خالی روی چرخ رد شود و در برگشت از فضای خالی بعدی (سوراخ‌های متوالی) عبور کند. با داشتن فاصله آینه، تعداد دندانه‌های چرخ و نرخ گردش آن، او توانست سرعت نور را ۳۱۳،۰۰۰،۰۰۰ متر بر ثانیه بدست آورد.
لئون فوکو در ۱۸۶۲ با استفاده از آینه‌های در حال چرخش سرعت نور را ۲۹۸،۰۰۰،۰۰۰ متر بر ثانیه بدست آورد. آلبرت مایکلسون از ۱۸۷۷ تا زمان مرگش، آزمایش‌های بسیاری را برای بدست آوردن سرعت نور طراحی کرد؛ او بیشتر بر روی آزمایش‌های فوکولت نیاز به منبع کار کرد و روش آینه‌های در گردش را پیش برد 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 طول‌موجی نور
نور گستره طول‌موج وسیعی دارد. ناحیه نور مرئی از حدود ۴۰۰ نانومتر و از آبی تا ۷۰۰ نانومتر به قرمز است که در وسط آن طول‌موج ۵۵۵ نانومتر به رنگ 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 خلاء یا بطور تقریبی در هوا است در نانومتر ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته‌است.
در طبیعت طول‌موج‌های مختلفی از مشاهده شده اما مشهورترین آن نور سفید است که یک نور ترکیب شده از سایر طول‌موج هاست. تک طول‌موج‌ها را به‌وسیله لامپ‌های تخلیه الکتریکی که معرف طیف‌های اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده، می‌توان تولید کرد. منابع نور در شب
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. احتمالا نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌شوند، این امر را قانون می‌نامند و یکی از مانندهای خوب برای توضیح آن، بوجود آمدن سایه است. برخی دیگر از دانشمندان نیز اظهار داشته‌اند که نور از ذرات در ارتعاش شدید تشکیل یافته‌است. نیوتن معتقد بود نور از درون واسطه‌ای به نام اتر گذر می‌کند که غیر مادی است و دیده نمی‌شود. بر اساس نظریه اتر، فضا آکنده از این واسطه است. هم اکنون این نظریه باطل شده‌است و معتبر نیست.
ماهیت موجی
هم‌زمان با نیوتن، کریستیان هویگنس (۱۶۹۵–۱۶۲۹ میلادی) طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌شود. ویگنس با به کار بردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی، قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی‌اند، مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک یا پراش نور در اطراف مانع، مانند آزمایش دوشکاف.
ماهیت الکترومغناطیس
بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (۱۸۷۹–۱۸۳۱) است که ما امروزه می‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولا به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌شود. گستره کامل امواج الکترو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش فروسرخ، نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما می‌باشد.
ماهیت کوانتومی نور
طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله ماکس پلانک، آلبرت انیشتین و نیلز 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. ، بسامد و انرژی است.
نظریه مکملی
نظریه جدید نور شامل اصولی از تعاریف نیوتن و کریستیان هویگنس است. بنابرین گفته می‌شود که نور رفتار دوگانه‌ای دارد برخی از پدیده‌ها مثل تداخل و پراش رفتار موجی آن را نشان می‌دهد و برخی دیگر مانند پدیده فتوالکتریک و پدیده کامپتون با رفتار ذره‌ای نور قابل توضیح هستند. پرتوهای خورشید
پرتوهای دیگر
فروسرخ
پرتوی فروسرخ یا مادون‌قرمز تابشی است الکترومغناطیسی با طول‌موجی طولانی‌تر از نور مرئی اما کوتاه‌تر از تابش ریزموج. از آنجا که سرخ، رنگ نور مرئی با درازترین طول‌موج را تشکیل می‌دهد، به این پرتو فروسرخ یعنی پایین‌تر از سرخ می‌گویند. تابش فروسرخ طول‌موجی میان ۷۰۰ نانومتر و ۱ میلی‌متر دارد.
گاما
با توجه به اینکه پرتوی گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی است، از این رو فاقد بار و جرم سکون است. پرتوی گاما موجب برهم‌کنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آن‌ها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولا اشعه گاما تنها یک یا چند برهم‌کنش اتفاقی با الکترون‌ها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب‌کننده احساس می‌کند. در این برهم̊کنش‌ها پرتوی گاما یا بطور کامل ناپدید می‌گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن، شدت یک باری که پرتوی گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد. فروپاشی گاما، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، پرتوی الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت است، که در آن و به ترتیب نشان دهنده حالت پایه غیر برانگیخته و حالت با انرژی بالاتر است.
قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی و عدد اتمی همراه نیست. حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتوی گاما، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه‌گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.
حالت‌های فروپاشی گاما
در این حالت فروپاشی گاما، اشعه گامای منتشر شده به‌وسیله یک هسته از یک فرایند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولا از ۲ کیلو الکترون ولت تا ۷ میلیون‌الکترون‌ولت است، تک انرژی است. این انرژی‌های گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه است، ولی این انرژی معمولا نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرف‌نظر کرد.
حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی
در این حالت فروپاشی، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه، الکترون‌های اوژه، پرتوی ایکس و الکترون‌های تبدیل داخلی است. الکترون‌های تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آن‌ها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی است. با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اوربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر پرتوی ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.
حالت فروپاشی بصورت جفت
برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگ‌تر از ۱٫۰۲ میلیون‌الکترون‌ولت تولید جفت اگر چه غیرمعمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرایند، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون–پوزیترون و سپس برای دفع آن‌ها از هسته بکار می‌رود. انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و ۱٫۰۲ میلیون‌الکترون‌ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرایند نابود خواهد شد.
رنگ‌های نور
نور در اصل از هزاران رنگ تشکیل شده‌است که هفت رنگ اصلی دارد:قرمز، نارنجی، زرد ، سبز، ابی، نیلی، بنفش. رنگ‌های زرد، قرمز، نارنجی حامل انرژی گرمایی هستند. ایزاک نیوتن، این موضوع را با عبور دادن نور از منشور فهمید. او در شیشه پنجره اتاقش سوراخی ایجاد کرد و منشور را با فاصله یک متری از شیشه قرار داد در نتیجه هفت رنگ نور با فاصله یک متر از یکدیگر پراکنده شدند و سپس ذره‌بین را در مقابل هر رنگ قرار داد تا متوجه شود که گرمای نور از کجا ایجاد می‌شود.
پانویس و منابع
سگ‌ل، موکول، آشن‌ایی با نور و لی‌زر، ترجم‌ه پریچ‌هر هم‌ایون‌روز، ته‌ران، ذکر، کت‌ابه‌ای قاصدک، ۱۳۷۶