تعريف واقعي نور چيست؟

تعريف دقيقي براي نور وجود ندارد، جسم شناخته شده يا مدل مشخص که شبيه آن باشد وجود ندارد. ولي لازم نيست فهم هر چيز بر شباهت مبتني باشد. نظريه الکترومغناطيسي و نظريه کوانتومي با هم ايجاد يک نظريه نامتناقض و بدون ابهام مي‌کنند که تمام پديده‌هاي نوري را توجيه مي‌‌کنند.
نظريه ماکسول درباره انتشار نور و بحث مي‌‌کند در حاليکه نظريه کوانتومي بر هم کنش نور و ماده يا جذب و نشر آن را شرح مي‌‌دهد ازآميختن اين دو نظريه ،نظريه جامعي که کوانتوم الکترو ديناميک نام دارد،شکل مي‌‌گيرد. چون نظريه‌هاي الکترو مغناطيسي و کوانتومي علاوه بر پديده‌هاي مربوط به تابش بسياري از پديده‌هاي ديگر را نيز تشريح مي‌کنند منصفانه مي‌‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربي امروز را لااقل در قالب رياضي جوابگو است. سرشت نور کاملاً شناخته شده است اما باز هم اين پرسش هست که واقعيت نور چيست؟

گستره طول موجي نور

نور گستره طول موجي وسيعي دارد چون با نور مرئي کار مي‌‌کنيم اغلب تصاوير و محاسبات در اين ناحيه از گستره الکترومغناطيسي انجام مي‌‌گيرد امّا روش‌هاي مورد بحث مي‌‌تواند در تمام ناحيه الکترومغناطيسي مورد استفاده قرار گيرند. ناحيه نور مرئي بر حسب طول موج از حدود 400 نانومتر (آبي) تا 700 نانومتر (قرمز) گسترده است که در وسط آن طول موج 555 نانومتر (نور زرد) که چشم انسان بيشترين حساسيت را نسبت به آن دارد يک ناحيه پيوسته که ناحيه مرئي را در بر مي‌‌گيرد و تا فروسرخ دور گسترش مي‌‌يابد.

خواص نور و نحوه توليد

سرعت نور در محيط‌هاي مختلف متفاوت است که بيشترين آن در خلاء و يا بطور تقريبي در هوا است در داخل ماده به پارامترهاي متفاوتي بر حسب حالت و خواص الکترومغناطيسي ماده وابسته است. به‌وسيله کاواک جسم سياه مي‌‌توان تمام ناحيه طول موجي نور را توليد نمود. در طبيعت در طول موج‌هاي مختلف مشاهده شده امّا مشهورترين آن نور سفيد است که يک نور مرکبي از ساير طول موج هاست. تک طول موج‌ها آن را به‌وسيله لامپ‌هاي تخليه الکتريکي که معرف طيف‌هاي اتمي موادي هستند که داخلشان تعبيه شده مي‌‌توان توليد کرد.

ماهيت ذره‌اي

ايزاک نيوتن در کتاب خود در رساله‌اي درباره نور نوشت: پرتوهاي نور ذرات کوچکي هستند که از يک جسم نوراني نشر مي‌‌شوند. احتمالاً نيوتن نور را به اين دليل بصورت ذره در نظر گرفت که در محيط‌هاي همگن به نظر مي‌‌رسد در امتداد خط مستقيم منتشر مي‌‌شوند که اين امر را قانون مي‌‌نامند و يکي از مثالهاي خوب براي توضيح آن بوجود آمدن سايه است.

ماهيت موجي

هم‌زمان با نيوتن، کريسيتان هويگنس (Christiaan Huygens) (1695-1629)طرفدار توضيح ديگري بود که در آن حرکت نور به صورت موجي است و از چشمه‌هاي نوري به تمام جهات پخش مي‌‌شود به خاطر داشته باشيد که هويگنس با به کاربردن امواج اصلي و موجک‌هاي ثانوي قوانين بازتاب و شکست را تشريح کرد. حقايق ديگري که با تصور موجي بودن نور توجيه مي‌شوند پديده‌هاي تداخلي اند مانند به وجود آمدن فريزهاي روشن و تاريک در اثر بازتاب نور از لايه‌هاي نازک و يا پراش نور در اطراف مانع.

ماهيت الکترومغناطيس

بيشتر به خاطر نبوغ جيمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) (1879-1831) است که ما امروزه مي‌‌دانيم نور نوعي انرژي الکترومغناطيسي است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطيسي توصيف مي‌‌شود. گسترده کامل امواج الکتروو مغناطيسي شامل: موج راديويي، تابش فروسرخ نور مرئي از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ايکس و پرتو گاما مي‌‌باشد.

ماهيت کوانتومي نور

طبق نظريه مکانيک کوانتومي نور، که در دو دهه اول سده بيستم به وسيله پلانک و آلبرت انيشتين و بور براي اولين بار پيشنهاد شد، انرژي الکترو مغناطيسي کوانتيده است، يعني جذب يا نشر انرژي ميدان الکترو مغناطيسي به مقدارهاي گسسته‌اي به نام “فوتون” انجام مي‌‌گيرد.

نظريه مکملي

نظريه جديد نور شامل اصولي از تعاريف نيوتون و هويگنس است. بنابرين گفته مي‌‌شود که نور خاصيت دو گانه‌اي دارد بر خي از پديده‌ها مثل تداخل و پراش خاصيت موجي آن را نشان مي‌‌دهد و برخي ديکر مانند پديده فتوالکتريک، پديده کامپتون و … با خاصيت ذره‌اي نور قابل توضيح هستند.

پرتوهاي ديگر

براي اين بخش از اين مقاله منبعي نيامده‌است. لازم است بر طبق شيوه‌نامه? ارجاع به منابع منبعي براي آن ذکر شود.
فروسرخ:پرتو فروسرخ يا مادون قرمز تابشي است الکترومغناطيسي با طول موجي طولاني تر از نور مرئي اما کوتاهتر از تابش ريزموج. از آنجا که سرخ، رنگ نور مرئي با درازترين طول موج را تشکيل مي‌دهد به اين پرتو، فروسرخ يعني پايين تر از سرخ مي‌گويند.تابش فروسرخ طول موجي ميان 700 nm و 1 mm دارد. گاما:با توجه به اينکه اشعه گاما داراي تشعشع الکترومغناطيسي است، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهاي کولني نمي‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پيوسته انرژي از دست نمي‌دهند. معمولاً اشعه گاما تنها يک يا چند برهمکنش اتفاقي با الکترونها يا هسته‌هاي اتم‌هاي ماده جذب کننده احساس مي‌کند. در اين برهمکنش‌ها اشعه گاما يا بطور کامل ناپديد مي‌‌گردد يا انرژي آن بطور قابل ملاحظه‌اي تغيير مي‌يابد. اشعه گاما داراي بردهاي مجزا نيست، به جاي آن، شدت يک باري که اشعه گاما بطور پيوسته با عبور آن از ميان ماده مطابق قانون نمايي جذب کاهش مي‌يابد.فروپاشي گاما در فروپاشي گاما، هنگامي که يک هسته تحت گذارهايي از حالات برانگيخته بالاتر به حالات برانگيخته پايين‌تر يا حالت پايه آن مي‌رود، تشعشع الکترومغناطيسي منتشر مي‌گردد. معادله عمومي فروپاشي گاما بصورت زير است:
AZX*——–>AZX + ?
که در آنX و X* به ترتيب نشان دهنده حالت پايه (غير برانگيخته) و حالت با انرژي بالاتر است. قابل ذکر است که اين فروپاشي با هيچ گونه تغيير در عدد جرمي (A) و عدد اتمي (Z) همراه نيست.
حالت برانگيخته هسته و حالت با انرژي پايين حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما، فقط زماني به عنوان ايزومر هسته‌اي در نظر گرفته مي‌شود که نيمه عمر حالت برانگيخته به اندازه‌اي طولاني باشد که بتوان آن را به سادگي اندازه گيري نمود. زماني که اين حالت وجود داشته باشد، فروپاشي گاما به عنوان يک گذار ايزومري توصيف مي‌گردد. اصطلاحات حالت نيمه پايدار يا حالت برانگيخته براي توصيف گونه‌ها در حالات انرژي بالاتر از حالت پايه نيز به کار مي‌رود.

حالتهاي فروپاشي گاما نشر اشعه گاماي خالص:

در اين حالت فروپاشي گاما، اشعه گاماي منتشر شده به‌وسيله يک هسته از يک فرآيند فروپاشي گاما براي کليه گذارها بين ترازهاي انرژي که محدوده انرژي آن معمولاً از 2 کيلو الکترون ولت تا 7 ميليون الکترون ولت است، تک انرژي است. اين انرژيهاي گذارها بين حالت کوانتومي هسته بسيار نزديک هستند. مقدار کمي از انرژي پس زني هسته با هسته دختر (هسته نهايي) همراه است، ولي اين انرژي معمولاً نسبت به انرژي اشعه گاما بسيار کوچک بوده و مي‌توان از آن صرفنظر کرد.

حالت فروپاشي بصورت تبديل داخلي:

در اين حالت فروپاشي، هسته برانگيخته با انتقال انرژي خود به يک الکترون اربيتال برانگيخته مي‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع مي‌شود. اشعه گاما منتشر نمي‌شود. بلکه محصولات اين فروپاشي هسته در حالت انرژي پايين يا پايه، الکترونهاي اوژه، اشعه ايکس و الکترونهاي تبديل داخلي است. الکترونهاي تبديل داخلي تک انرژي هستند. انرژي آنها معادل انرژي گذار ترازهاي هسته‌اي درگير منهاي انرژي پيوندي الکترون اتمي است.
با توجه به اينکه فروپاشي تبديل داخلي منجر به ايجاد يک محل خالي در اربيتال اتمي مي‌شود، در نتيجه فرآيندهاي نشر اشعه ايکس و نشر الکترون اوژه نيز رخ خواهد داد.

حالت فروپاشي بصورت جفت:

براي گذارهاي هسته‌اي با انرژي‌هاي بزرگ‌تر از 1.02 ميليون الکترون ولت توليد جفت اگر چه غير معمول است اما يک حالت فروپاشي محسوب مي‌شود. در اين فرآيند، انرژي گذرا ابتدا براي بوجود آمدن يک جفت الکترون – پوزيترون و سپس براي دفع آنها از هسته بکار مي‌رود.
انرژي جنبشي کل داده شده به جفت معادل اختلاف بين انرژي گذار و 1.02 ميليون الکترون ولت مورد نياز براي توليد جفت است. پوزيترون توليد شده در اين فرآيند نابود خواهد شد.
منبع: http://www.academist.ir
/خ