Gökyüzü sunumunun renginin incelenmesi ve açıklanması. Peki gökyüzü neden mavi? Renk ve dalga boyu arasındaki ilişki
Rüzgar güzel mavi gökyüzünün üzerine beyaz, kabarık şeffaf bir pelerin fırlattığında, insanlar giderek daha sık bakmaya başlar. Aynı zamanda gümüş yağmur iplikleriyle büyük gri bir kürk manto giyerse, etrafındakiler ondan şemsiyelerin altına saklanır. Kıyafet koyu mor ise, o zaman herkes evde oturuyor ve güneşli mavi gökyüzünü görmek istiyor.
Ve sadece altın güneş ışınlarıyla süslenmiş göz kamaştırıcı mavi bir elbise giyen uzun zamandır beklenen güneşli mavi bir gökyüzü göründüğünde, insanlar sevinirler - ve gülümseyerek, iyi hava beklentisiyle evlerini terk ederler.
Gökyüzünün neden mavi olduğu sorusu çok eski zamanlardan beri insanların aklını kurcalamıştır. Yunan efsaneleri cevaplarını buldu. Bu gölgenin ona en saf kaya kristali tarafından verildiğini iddia ettiler.
Leonardo da Vinci ve Goethe zamanında onlar da gökyüzünün neden mavi olduğu sorusuna cevap arıyorlardı. Gökyüzünün mavi renginin, ışığın karanlıkla karıştırılmasıyla elde edildiğine inanıyorlardı. Ancak daha sonra bu teori savunulamaz olarak reddedildi, çünkü bu renkleri birleştirerek yalnızca gri spektrumun tonlarını alabileceğiniz, ancak renkli olanı alamayacağınız ortaya çıktı.
Bir süre sonra gökyüzü neden mavidir sorusunun cevabı 18. yüzyılda Mariotte, Bouguer ve Euler tarafından açıklanmaya çalışılmıştır. Bunun havayı oluşturan parçacıkların doğal rengi olduğuna inanıyorlardı. Bu teori, özellikle sıvı oksijenin mavi ve sıvı ozonun mavi olduğu bulunduğunda, gelecek yüzyılın başında bile popülerdi.
İlk aşağı yukarı mantıklı fikir, hava tamamen temiz olsaydı, kirlilik olmadan gökyüzünün siyah olacağını öne süren Saussure tarafından verildi. Ancak atmosfer çeşitli unsurlar (örneğin buhar veya su damlaları) içerdiğinden, rengi yansıtarak gökyüzüne istenen gölgeyi verir.
Bundan sonra bilim adamları gerçeğe daha da yaklaşmaya başladılar. Arago, gökyüzünden yansıyan saçılan ışığın özelliklerinden biri olan kutuplaşmayı keşfetti. Bu keşifte bilim adamına kesinlikle fizik yardım etti. Daha sonra, diğer araştırmacılar cevabı aramaya başladı. Aynı zamanda, gökyüzünün neden mavi olduğu sorusu bilim adamları için o kadar ilginçti ki, onu bulmak için çok sayıda farklı deney yapıldı, bu da mavi rengin ortaya çıkmasının ana nedeninin olduğu fikrine yol açtı. Güneşimizin ışınlarının atmosferde basitçe dağıldığını.
Açıklama
İngiliz araştırmacı Rayleigh, moleküler ışık saçılımına matematiksel olarak sağlam bir cevap oluşturan ilk kişi oldu. Işığın atmosferin sahip olduğu safsızlıklar nedeniyle değil, hava moleküllerinin kendileri nedeniyle dağıldığını öne sürdü. Teorisi geliştirildi - ve işte bilim adamlarının ulaştığı sonuçlar.
Güneş ışınları, gezegenin hava kabuğu olarak adlandırılan atmosferi (kalın bir hava tabakası) aracılığıyla Dünya'ya doğru yol alır. Karanlık gökyüzü tamamen hava ile doludur, bu tamamen şeffaf olmasına rağmen boşluk değildir, ancak gaz moleküllerinden oluşur - azot (% 78) ve oksijen (% 21), ayrıca su damlacıkları, buhar, buz kristalleri ve küçük katı madde parçaları (örneğin, toz parçacıkları, kurum, kül, okyanus tuzu vb.).
Bazı ışınlar gaz molekülleri arasında serbestçe geçmeyi, onları tamamen atlamayı başarır ve bu nedenle gezegenimizin yüzeyine değişmeden ulaşır, ancak ışınların çoğu, uyarılmış bir duruma gelen, enerji alan ve çok renkli ışınları serbest bırakan gaz molekülleriyle çarpışır. farklı yönler, gökyüzünü tamamen renklendirerek güneşli mavi bir gökyüzüne neden olur.
Beyaz ışığın kendisi, bileşenlerine ayrıldığında sıklıkla görülebilen gökkuşağının tüm renklerinden oluşur. Mavi ve mor renkler, en kısa dalga boyuna sahip oldukları için tayfın en kısa kısmı oldukları için en çok dağılırlar.
Mavi ve mor bir atmosferde az miktarda kırmızı, sarı ve yeşil ile karıştırıldığında, gökyüzü mavi "parlamaya" başlar.
Gezegenimizin atmosferi homojen değil, oldukça farklı olduğu için (Dünya yüzeyine yakın yerlerde üstten daha yoğundur), farklı bir yapıya ve özelliklere sahiptir, mavi taşmaları gözlemleyebiliriz. Gün batımından veya gün doğumundan önce güneş ışınlarının uzunluğu önemli ölçüde arttığında mavi ve mor renkler atmosfere dağılır ve kesinlikle gezegenimizin yüzeyine ulaşmaz. Bu süre zarfında gökyüzünde gözlemlediğimiz sarı-kırmızı dalgalar başarılı bir şekilde ulaşır.
Geceleri, gezegenin belirli bir tarafına düşen güneş ışınlarının fırsatı olmadığında, oradaki atmosfer şeffaflaşır ve "siyah" alanı görürüz. Atmosferin üstündeki astronotlar bunu böyle görüyor. Astronotların şanslı olduklarını belirtmekte fayda var, çünkü gün boyunca dünya yüzeyinden 15 km'den fazla yüksekte olduklarında, aynı anda Güneş'i ve yıldızları gözlemleyebiliyorlar.
Diğer gezegenlerde gökyüzü rengi
Gökyüzünün rengi büyük ölçüde atmosfere bağlı olduğundan, farklı gezegenlerde farklı renklerde olması şaşırtıcı değildir. İlginç bir şekilde, Satürn'ün atmosferi gezegenimizle aynı renktedir.
Uranüs'ün çok güzel akuamarin gökyüzü. Atmosferi esas olarak helyum ve hidrojenden oluşur. Ayrıca kırmızıyı tamamen emen ve yeşil ile maviyi saçan metan içerir. Neptün'ün mavi gökyüzü: Bu gezegenin atmosferinde bizimki kadar helyum ve hidrojen yoktur, ancak kırmızı ışığı nötralize eden çok fazla metan vardır.
Dünya'nın uydusu olan Ay'ın yanı sıra Merkür ve Plüton'daki atmosfer tamamen yoktur, bu nedenle ışık ışınları yansıtılmaz, bu nedenle gökyüzü burada siyahtır ve yıldızlar kolayca ayırt edilebilir. Güneş ışınlarının mavi ve yeşil renkleri Venüs'ün atmosferi tarafından tamamen emilir ve Güneş ufka yaklaştığında buradaki gökyüzü sarıdır.
Gökyüzü neden mavi? Bu kadar basit bir soruya cevap bulmak zor. Pek çok bilim insanı bu sorunun cevabını şaşırdı. Soruna en iyi çözüm yaklaşık 100 yıl önce bir İngiliz fizikçi tarafından önerildi. Lord John Rayleigh.
Güneş göz kamaştırıcı derecede saf beyaz bir ışık yayar. Yani gökyüzünün rengi aynı olmalı, ama yine de mavi. Dünya atmosferindeki beyaz ışığa ne olur?
Beyaz ışık, renkli ışınların bir karışımıdır. Prizma ile gökkuşağı yapabiliriz.
Prizma, beyaz ışını renkli şeritlere ayırır:
■kırmızı
■Portakal
■ Sarı
■ Yeşil
■ Mavi
■ Mavi
■ Mor
Bu ışınlar bir araya gelerek tekrar beyaz ışığı oluşturur. Güneş ışığının önce renkli bileşenlere ayrıldığı varsayılabilir. Sonra bir şey olur ve Dünya'nın yüzeyine yalnızca mavi ışınlar ulaşır.
Peki gökyüzü neden mavi?
Birkaç muhtemel açıklama var. Dünyayı çevreleyen hava bir gaz karışımıdır: nitrojen, oksijen, argon ve diğerleri. Atmosfer ayrıca su buharı ve buz kristalleri içerir. Toz ve diğer küçük parçacıklar havada asılı kalır. Ozon tabakası üst atmosferdedir. Nedeni bu olabilir mi? Bazı bilim adamları, ozon ve su moleküllerinin kırmızı ışınları emdiğine ve mavi olanları ilettiğine inanıyordu. Ancak atmosferde gökyüzünü maviye boyamak için yeterli ozon ve su olmadığı ortaya çıktı.
1869'da bir İngiliz John Tyndall toz ve diğer parçacıkların ışığı dağıttığını öne sürdü. Mavi ışık en az saçılan ışıktır ve Dünya yüzeyine ulaşmak için bu tür parçacıkların katmanlarından geçer. Laboratuvarında bir sis modeli yarattı ve onu parlak beyaz bir ışınla aydınlattı. Duman koyu maviye döndü. Tyndall, eğer hava tamamen safsa, ışığı hiçbir şeyin dağıtmayacağına ve parlak beyaz gökyüzüne hayran olabileceğimize karar verdi. Lord Rayleigh da bu fikri destekledi, ancak uzun sürmedi. 1899'da açıklamasını yayınladı:
Gökyüzünü maviye boyayan toz veya duman değil havadır.
Gökyüzünün mavi rengi hakkında temel teori
Güneş ışınlarının bir kısmı gaz molekülleri arasında çarpışmadan geçer ve değişmeden Dünya yüzeyine ulaşır. Diğeri, çoğu gaz molekülleri tarafından emilir. Fotonlar absorbe edildiğinde moleküller uyarılır, yani enerji ile yüklenirler ve sonra onu tekrar fotonlar şeklinde yayarlar. Bu ikincil fotonlar farklı dalga boylarına sahiptir ve kırmızıdan mora kadar herhangi bir renkte olabilir. Her yöne dağılırlar: Dünya'ya, Güneş'e ve yanlara. Lord Rayleigh, yayılan ışının renginin, ışındaki şu veya bu rengin kuantalarının baskınlığına bağlı olduğunu öne sürdü. Bir gaz molekülü güneş fotonlarıyla çarpıştığında, bir ikincil kırmızı kuantum için sekiz mavi kuanta vardır.
Sonuç nedir? Yoğun mavi ışık, kelimenin tam anlamıyla, milyarlarca atmosferik gaz molekülünden her yönden üzerimize yağıyor. Bu ışık, karıştırılmış diğer renklerin fotonlarına sahiptir, bu nedenle saf mavi tonu yoktur.
O zaman gün batımı neden kırmızıdır?
Ancak gökyüzü her zaman mavi değildir. Doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: Bütün gün mavi gökyüzü görüyorsak, gün batımı neden kırmızıdır? Gaz molekülleri tarafından en az yayılan kırmızıdır. Gün batımı sırasında, Güneş ufka yaklaşır ve güneş ışını, gün boyunca olduğu gibi dikey olarak değil, bir açıyla Dünya yüzeyine yönlendirilir.
Bu nedenle atmosferde izlediği yol, Güneş'in tepede olduğu gün boyunca aldığı yoldan çok daha uzundur. Bu nedenle, mavi-mavi spektrum, Dünya'ya ulaşmadan atmosferin kalın bir tabakasında emilir. Ve kırmızı-sarı spektrumun daha uzun ışık dalgaları, gün batımının karakteristik kırmızı ve sarı renklerinde gökyüzünü ve bulutları renklendirerek Dünya'nın yüzeyine ulaşır.
bilimsel açıklama
Yukarıda cevabı nispeten basit bir dille verdik. Aşağıda bilimsel terimler ve formüller kullanarak mantığı aktaracağız.
Wiki'den alıntı:
Gökyüzü mavi görünür, çünkü hava kısa dalga boylu ışığı uzun dalga boylu ışıktan daha fazla saçar. Işığın dalga boyları ile orantılı hacimlerdeki hava gazı moleküllerinin sayısındaki dalgalanmalar nedeniyle Rayleigh saçılmasının yoğunluğu 1 / λ 4 ile orantılıdır, λ dalga boyudur, yani görünür spektrumun mor kısmı yaklaşık olarak saçılır 16 kırmızıdan kat kat daha yoğun. Mavi ışık daha kısa bir dalga boyuna sahip olduğundan, görünür spektrumun sonunda atmosferde kırmızıdan daha fazla saçılır. Bu nedenle, gökyüzünün Güneş yönünün dışındaki kısmı mavi bir renge sahiptir (ancak mor değil, çünkü güneş tayfı düzensizdir ve içindeki menekşe renginin yoğunluğu daha azdır ve ayrıca daha az duyarlılık nedeniyle gözü mora ve daha çok maviye, bu da sadece retinadaki mavi konilere duyarlı olanları değil, aynı zamanda kırmızı ve yeşil ışığa da duyarlı olanları tahriş eder).
Gün batımı ve şafak sırasında, ışık dünya yüzeyine teğet olarak hareket eder, böylece ışığın atmosferde kat ettiği yol gündüze göre çok daha uzun olur. Bu nedenle, mavi ve hatta yeşil ışığın çoğu doğrudan güneş ışığından dağılır, bu nedenle güneşin doğrudan ışığı ve aydınlattığı bulutlar ve ufka yakın gökyüzü kırmızıya döner.
Muhtemelen, atmosferin farklı bir bileşimi ile, örneğin diğer gezegenlerde, gün batımı da dahil olmak üzere gökyüzünün rengi farklı olabilir. Örneğin, Mars'ta gökyüzünün rengi kırmızımsı-pembedir.
Atmosferdeki ışık yoğunluğunun azalmasının ana nedenleri saçılma ve soğurmadır. Saçılma, saçılan parçacığın çapının ışığın dalga boyuna oranının bir fonksiyonu olarak değişir. Bu oran 1/10'dan küçük olduğunda, saçılma katsayısının 1/λ 4 ile orantılı olduğu Rayleigh saçılması meydana gelir. Saçılan parçacıkların boyutunun dalga boyuna oranının daha büyük değerlerinde, saçılma yasası Gustave Mie Denklemine göre değişir; bu oran 10'dan büyük olduğunda, geometrik optik yasaları uygulama için yeterli doğrulukla uygulanabilir.
Belediye bütçe eğitim kurumu
Tomsk bölgesinin "Kislovskaya orta okulu"
Araştırma
Konu: “Gün batımı neden kırmızı…”
(ışık dağılımı)
İş tamamlandı: ,
5A sınıfı öğrencisi
süpervizör;
Kimya öğretmeni
1. Giriş ………………………………………………… 3
2. Ana kısım…………………………………………… 4
3. Işık nedir…………………………………………….. 4
Çalışma konusu- gün batımı ve gökyüzü.
Araştırma hipotezi:
Güneşin gökyüzünü farklı renklere boyayan ışınları vardır;
Laboratuvarda kırmızı renk elde edilebilir.
Konumun alaka düzeyi, dinleyiciler için ilginç ve yararlı olacağı gerçeğinde yatmaktadır, çünkü pek çok insan açık mavi gökyüzüne bakar, ona hayran kalır ve çok az kişi neden gün boyunca bu kadar mavi ve gün batımında kırmızı olduğunu ve ne olduğunu bilir. ona böyle bir renk verir.
2. Ana gövde
İlk bakışta bu soru basit gibi görünse de aslında ışığın atmosferdeki kırılmasının derin yönlerine değiniyor. Bu sorunun cevabını anlamadan önce ışığın ne olduğu hakkında fikir sahibi olmak gerekiyor..jpg" align="left" height="1 src=">
ışık nedir?
Güneş ışığı enerjidir. Güneş ışınlarının mercek tarafından odaklanan ısısı ateşe dönüşür. Işık ve ısı beyaz yüzeyler tarafından yansıtılır ve siyah olanlar tarafından emilir. Bu yüzden beyaz giysiler siyahlardan daha soğuktur.
Işığın doğası nedir? Işığı ciddi şekilde inceleyen ilk kişi Isaac Newton'du. Işığın mermi gibi fırlatılan cisimcik parçacıklarından oluştuğuna inanıyordu. Ancak ışığın bazı özellikleri bu teori ile açıklanamadı.
Bir başka bilim adamı, Huygens, ışığın doğası için başka bir açıklama önerdi. Işığın "dalga" teorisini geliştirdi. Bir gölete atılan bir taşın dalgalar oluşturması gibi ışığın da dürtüler veya dalgalar oluşturduğuna inanıyordu.
Bilim adamları bugün ışığın kökeni hakkında hangi görüşlere sahipler? Artık ışık dalgalarının aynı anda hem parçacıkların hem de dalgaların karakteristik özelliklerine sahip olduğuna inanılıyor. Her iki teoriyi de desteklemek için deneyler yapılıyor.
Işık, kütlesi olmayan, yaklaşık 300.000 km/s hızla hareket eden ve dalga özelliklerine sahip olan fotonlardan, ağırlıksız parçacıklardan oluşur. Işığın dalga titreşimlerinin frekansı rengini belirler. Ek olarak, salınım frekansı ne kadar yüksek olursa, dalga boyu o kadar kısa olur. Her rengin kendi titreşim frekansı ve dalga boyu vardır. Beyaz güneş ışığı, bir cam prizmadan kırıldığında görülebilen birçok renkten oluşur.
1. Bir prizma ışığı ayrıştırır.
2. Beyaz ışık karmaşıktır.
Işığın üçgen prizmadan geçişine yakından bakarsanız, beyaz ışığın ayrışmasının, ışık havadan cama geçer geçmez başladığını görebilirsiniz. Cam yerine ışığa karşı şeffaf olan diğer malzemeleri alabilirsiniz.
Bu deneyimin yüzyıllar boyunca hayatta kalması ve metodolojisinin laboratuvarlarda önemli değişiklikler olmaksızın hala kullanılması dikkat çekicidir.
dağılım (lat.) - saçılma, dağılma - dağılma
Newton, dispersiyon üzerine.
I. Newton, ışığın dağılması olgusunu inceleyen ilk kişidir ve en önemli bilimsel değerlerinden biri olarak kabul edilir. 1731'de dikilmiş ve en önemli keşiflerinin amblemlerini taşıyan genç erkek figürleriyle süslenmiş mezar taşında bir figürün bir prizma tutması boşuna değildir ve anıtın üzerindeki yazıt şu sözleri içerir: ışık ışınlarındaki fark ve bu durumda ortaya çıkan ve daha önce kimsenin şüphelenmediği çeşitli özellikler. Son ifade tam olarak doğru değil. Dağılım daha önce biliniyordu, ancak ayrıntılı olarak incelenmedi. Teleskopların geliştirilmesiyle uğraşan Newton, merceğin verdiği görüntünün kenarlarında renkli olmasına dikkat çekti. Kırılma ile renklenen kenarları inceleyen Newton, keşiflerini optik alanında yaptı.
Görünür spektrum
Beyaz bir ışın bir prizma içinde ayrıştırıldığında, farklı dalga boylarındaki radyasyonun farklı açılarda kırıldığı bir spektrum oluşur. Spektrumun içerdiği renklere, yani bir dalga boyundaki (veya çok dar bir aralıktaki) ışık dalgalarıyla elde edilebilen renklere spektral renkler denir. Ana spektral renkler (kendi adlarına sahip) ve bu renklerin emisyon özellikleri tabloda sunulmaktadır:
Spektrumdaki her “renk”, belirli bir uzunluktaki bir ışık dalgasıyla ilişkilendirilmelidir.
Spektrumun en basit fikri, bir gökkuşağına bakarak elde edilebilir. Su damlacıklarında kırılan beyaz ışık, tüm renklerden birçok ışından oluştuğu için bir gökkuşağı oluşturur ve bunlar farklı şekillerde kırılır: kırmızı en zayıf, mavi ve menekşe en güçlüdür. Gökbilimciler Güneş'in, yıldızların, gezegenlerin, kuyruklu yıldızların tayfını incelerler çünkü tayflardan çok şey öğrenilebilir.
Nitrojen" href="/text/category/azot/" rel="bookmark">nitrojen. Kırmızı ve mavi ışık oksijenle farklı şekilde etkileşir. Mavinin dalga boyu yaklaşık olarak bir oksijen atomunun boyutu olduğundan ve bu nedenle mavi ışık oksijen tarafından farklı yönlerde saçılırken kırmızı ışık atmosferik katmandan kolayca geçer. Aslında mor ışık atmosferde daha fazla dağılır, ancak insan gözü buna mavi ışığa göre daha az duyarlıdır.Sonuç olarak, oksijenin saçtığı mavi ışığın insanın gözünü dört bir yandan yakaladığı ortaya çıkıyor ve bu da gökyüzünün bize mavi görünmesini sağlıyor.
Dünya'da bir atmosfer olmasaydı, Güneş bize parlak beyaz bir yıldız gibi görünürdü ve gökyüzü siyah olurdu.
0 "style="border-collapse:collapse;kenarlık:yok">
olağandışı fenomenler
https://pandia.ru/text/80/039/images/image008_21.jpg" alt="(!LANG:Aurora Borealis)" align="left" width="140" height="217 src=">!} auroralar Antik çağlardan beri insanlar auroraların görkemli resmine hayran olmuş ve kökenlerini merak etmişlerdir. Auroralara yapılan en eski referanslardan biri Aristoteles'te bulunur. 2300 yıl önce yazdığı "Meteoroloji" sinde şöyle okunabilir: "Bazen açık gecelerde gökyüzünde birçok fenomen vardır - boşluklar, boşluklar, kan kırmızısı renk ...
Yanıyor gibi görünüyor."
Berrak gecenin ışını neyi titretir?
Gökyüzüne hangi ince alev çarpıyor?
Bulutları tehdit etmeyen şimşek gibi
Dünyadan zirveye çabalıyor mu?
Nasıl donmuş bir top olabilir
Kışın ortasında yangın mı çıktı?
aurora nedir? Nasıl oluşur?
Yanıt vermek. Aurora borealis, Güneş'ten uçan yüklü parçacıkların (elektronlar ve protonlar) dünya atmosferinin atomları ve molekülleri ile etkileşiminden kaynaklanan ışıldayan bir parıltıdır. Bu yüklü parçacıkların atmosferin belirli bölgelerinde ve belirli yüksekliklerde ortaya çıkması, güneş rüzgarının Dünya'nın manyetik alanıyla etkileşiminin bir sonucudur.
Aerosol "href="/text/category/ayerozolmz/" rel="bookmark">aerosol toz ve nem saçılması, bunlar güneşin renginin bozulmasının (dağılımının) ana nedenidir. havanın aerosol bileşenleri üzerindeki güneş ışını neredeyse dik açıda meydana gelir, gözlemcinin gözleri ile güneş arasındaki katmanları önemsizdir.Güneş ufka ne kadar alçalırsa, atmosferik hava tabakasının kalınlığı o kadar fazla olur ve içindeki aerosol süspansiyon miktarı artar. Güneş ışınları, gözlemciye göre, süspansiyon parçacıkları üzerindeki geliş açısını değiştirir, ardından güneş ışığının dağılımı gözlemlenir. Yani, yukarıda belirtildiği gibi güneş ışığı yedi ana renkten oluşur. Elektromanyetik bir dalga gibi her rengin kendi uzunluğu ve atmosferde dağılma yeteneği vardır.Spektrumun ana renkleri kırmızıdan mora doğru bir skalada düzenlenmiştir.Kırmızı renk en az dağılma yeteneğine sahiptir (dolayısıyla , absorbe) atmosferde. dağılım, ölçekte kırmızıyı takip eden tüm renkler, aerosol süspansiyonun bileşenleri tarafından saçılır ve onlar tarafından emilir. Gözlemci sadece kırmızı görür. Bu, atmosferik hava tabakası ne kadar kalın olursa, süspansiyonun yoğunluğu o kadar yüksek olursa, spektrumun daha fazla ışınının dağılacağı ve emileceği anlamına gelir. Bilinen bir doğa olayı: 1883'te Krakatoa yanardağının güçlü patlamasından sonra, gezegenin farklı yerlerinde birkaç yıl boyunca alışılmadık derecede parlak, kırmızı gün batımları gözlemlendi. Bu, patlama sırasında volkanik tozun atmosfere güçlü bir şekilde salınmasından kaynaklanmaktadır.
Araştırmamın burada biteceğini sanmıyorum. Daha fazla sorum var. Bilmek istiyorum:
Işık ışınları çeşitli sıvılardan, çözeltilerden geçtiğinde ne olur;
Işığın nasıl yansıdığı ve emildiği.
Bu çalışmayı tamamladıktan sonra, ışığın kırılması fenomeninde pratik faaliyetler için ne kadar şaşırtıcı ve yararlı olabileceğine ikna oldum. Gün batımının neden kırmızı olduğunu anlamamı sağlayan buydu.
Edebiyat
1., Fizik. Kimya. 5-6 hücre. Ders kitabı. M.: Bustard, 2009, s.106
2. Doğada bulat olayları. M.: Aydınlanma, 1974, 143 s.
3. "Gökkuşağını kim yapar?" - Quant 1988, No. 6, s. 46.
4. Optik üzerine dersler. Doğada Tarasov. - M.: Aydınlanma, 1988
İnternet kaynakları:
1. http://potomi. tr/ Gökyüzü neden mavi?
2. http://www. voprosy-kak-i-pochemu. opensubtitles2 tr Gökyüzü neden mavi?
3. http://deneyim. tr/kategori/eğitim/
Hepimiz gökyüzünün renginin değişken bir özellik olduğu gerçeğine alışkınız. Sis, bulutlar, günün saati - her şey kubbenin tepesinin rengini etkiler. Günlük değişimi, çoğu yetişkinin aklını meşgul etmez, ki çocuklar hakkında söylenemez. Fizik açısından gökyüzünün neden mavi olduğunu veya gün batımını neyin kırmızıya çevirdiğini sürekli merak ediyorlar. En basit soruları değil bunları anlamaya çalışalım.
değiştirilebilir
Gökyüzünün aslında ne olduğu sorusunun cevabıyla başlamakta fayda var. Antik dünyada, gerçekten Dünya'yı kaplayan bir kubbe olarak görülüyordu. Ancak bugün pek kimse bilmiyor ki, meraklı bir kaşif ne kadar yükselirse yükselsin bu kubbeye ulaşamayacak. Gökyüzü bir şey değil, gezegenin yüzeyinden bakıldığında açılan bir panorama, ışıktan örülmüş bir tür görünüm. Üstelik farklı noktalardan gözlemlerseniz farklı görünebilir. Yani, bulutların üzerinde yükselenlerden, şu anda dünyadan tamamen farklı bir görünüm açılıyor.
Açık bir gökyüzü mavidir, ancak bulutlar içeri girer girmez gri, kurşuni veya kirli beyaz olur. Gece gökyüzü siyahtır, bazen üzerinde kırmızımsı alanlar görebilirsiniz. Bu, şehrin yapay aydınlatmasının bir yansımasıdır. Tüm bu değişikliklerin nedeni, ışık ve hava ve içindeki çeşitli maddelerin parçacıkları ile etkileşimidir.
rengin doğası
Gökyüzü neden mavidir sorusuna fizik açısından cevap verebilmek için rengin ne olduğunu hatırlamanız gerekir. Bu, belirli bir uzunlukta bir dalgadır. Güneş'ten Dünya'ya gelen ışık beyaz olarak görülür. Yedi ışın demetinin ne olduğu Newton'un deneylerinden bile bilinmektedir: kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi ve menekşe. Renkler dalga boyuna göre farklılık gösterir. Kırmızı-turuncu spektrum, bu parametrede en etkileyici olan dalgaları içerir. Spektrumun bölümleri kısa bir dalga boyu ile karakterize edilir. Işığın bir spektruma ayrışması, çeşitli maddelerin molekülleri ile çarpıştığında meydana gelirken, dalgaların bir kısmı soğurulabilir ve bir kısmı da saçılabilir.
Nedenin araştırılması
Birçok bilim insanı gökyüzünün neden mavi olduğunu fizik terimleriyle açıklamaya çalışmıştır. Tüm araştırmacılar, gezegenin atmosferinde ışığı sadece mavinin bize ulaşacağı şekilde saçan bir fenomeni veya süreci keşfetmeye çalıştılar. Bu tür parçacıkların rolü için ilk adaylar sulardı. Kırmızı ışığı emdikleri ve mavi ışığı ilettikleri ve bunun sonucunda mavi gökyüzünü gördüğümüze inanılıyordu. Ancak daha sonraki hesaplamalar, atmosferdeki ozon, buz kristalleri ve su buharı moleküllerinin miktarının gökyüzüne mavi renk vermek için yeterli olmadığını gösterdi.
Kirlilik nedeni
Araştırmanın bir sonraki aşamasında John Tyndall, istenen parçacıkların rolünün tozun oynadığını öne sürdü. Mavi ışık, saçılmaya karşı en büyük dirence sahiptir ve bu nedenle tüm toz katmanlarından ve diğer asılı parçacıklardan geçebilir. Tyndall, varsayımını doğrulayan bir deney yaptı. Laboratuvarda bir duman modeli yarattı ve onu parlak beyaz ışıkla aydınlattı. Smog mavi bir renk aldı. Bilim adamı çalışmasından kesin bir sonuç çıkardı: gökyüzünün rengi toz parçacıkları tarafından belirlenir, yani, eğer Dünya'nın havası temizse, o zaman mavi değil, beyaz gökyüzü insanların kafalarının üzerinde parlıyordu.
Lord'un çalışması
Gökyüzünün neden mavi olduğu sorusundaki son nokta (fizik açısından) İngiliz bilim adamı Lord D. Rayleigh tarafından ortaya konmuştur. Başımızın üstündeki boşluğu bize tanıdık gelen bir tonda boyayan şeyin toz veya duman olmadığını kanıtladı. Havada kendisi. Gaz molekülleri, kırmızıya eşdeğer en büyük ve öncelikle en uzun dalga boylarını emer. Mavi dağılır. Bugün, açık havada gördüğümüz gökyüzünün ne renk olduğunu tam olarak açıklayan şey budur.
Dikkatli olanlar, bilim adamlarının mantığına göre kubbe tepesinin mor olması gerektiğini fark edecektir, çünkü görünür aralıktaki en kısa dalga boyuna sahip olan bu renktir. Bununla birlikte, bu bir hata değildir: spektrumdaki menekşe oranı maviden çok daha azdır ve insan gözü ikincisine daha duyarlıdır. Aslında gördüğümüz mavi, mavi ile mor ve diğer bazı renklerin karıştırılmasının sonucudur.
gün batımı ve bulutlar
Günün farklı saatlerinde gökyüzünün farklı bir rengini görebileceğinizi herkes bilir. Deniz veya göl üzerindeki en güzel gün batımlarının fotoğrafları bunun harika bir örneğidir. Mavi ve lacivert ile birlikte kırmızı ve sarının her türlü tonu, böyle bir gösteriyi unutulmaz kılıyor. Ve aynı ışık saçılımı ile açıklanır. Gerçek şu ki, gün batımı ve şafak sırasında, güneş ışınlarının atmosferde, günün yüksekliğinden çok daha uzun bir yolu aşması gerekir. Bu durumda, spektrumun mavi-yeşil kısmının ışığı farklı yönlere dağılır ve ufuk çizgisine yakın bulunan bulutlar kırmızı tonlarında renklenir.
Bulutlar gökyüzünü kapladığında, resim tamamen değişir. yoğun tabakanın üstesinden gelemez ve çoğu yere ulaşmaz. Bulutların arasından geçmeyi başaran ışınlar, yine ışığı bozan yağmur damlaları ve bulutlarla buluşur. Tüm bu dönüşümlerin bir sonucu olarak, bulutlar küçükse beyaz ışık dünyaya ulaşır ve etkileyici bulutlar gökyüzünü kapladığında gri, ışınların bir kısmını ikinci kez emer.
diğer gökyüzü
İlginç bir şekilde, güneş sisteminin diğer gezegenlerinde, yüzeyden bakıldığında, dünyadan çok farklı olan gökyüzünü görebilirsiniz. Atmosferden yoksun uzay cisimlerinde güneş ışınları serbestçe yüzeye ulaşır. Sonuç olarak, buradaki gökyüzü herhangi bir renk tonu olmadan siyahtır. Böyle bir resim Ay, Merkür ve Plüton'da görülebilir.
Mars gökyüzünün kırmızı-turuncu bir tonu vardır. Bunun nedeni, gezegenin atmosferine doymuş olan tozda yatmaktadır. Kırmızı ve turuncunun farklı tonlarında boyanmıştır. Güneş ufkun üzerine çıktığında, Mars gökyüzü pembemsi-kırmızı olurken, yıldızın diskini hemen çevreleyen kısmı mavi hatta mor görünür.
Satürn'ün üzerindeki gökyüzü, Dünya'dakiyle aynı renktedir. Akuamarin gökyüzü Uranüs üzerinde uzanır. Sebebi, üst gezegenlerde bulunan metan pusunda yatmaktadır.
Venüs, yoğun bir bulut tabakası tarafından araştırmacıların gözünden gizlenmiştir. Mavi-yeşil spektrumun ışınlarının gezegenin yüzeyine ulaşmasına izin vermez, bu nedenle buradaki gökyüzü ufuk boyunca gri bir şerit ile sarı-turuncudur.
Gündüz uzay yükünün incelenmesi, yıldızlı gökyüzünün incelenmesinden daha az harikayı ortaya çıkarmaz. Bulutlarda ve arkalarında meydana gelen süreçleri anlamak, ortalama bir insanın oldukça aşina olduğu, ancak herkesin hemen açıklayamayacağı şeylerin nedenini anlamaya yardımcı olur.
Görmek ve anlamak için sevinç
doğanın en güzel hediyesidir.
Albert Einstein
Gökyüzü Mavisinin Gizemi
Gökyüzü neden mavi?...
Hayatında en az bir kez bunu düşünmemiş böyle bir insan yoktur. Ortaçağ düşünürleri gökyüzünün renginin kökenini açıklamaya çalıştılar. Bazıları mavinin havanın veya onu oluşturan bazı gazların gerçek rengi olduğunu öne sürdü. Diğerleri, gökyüzünün gerçek renginin, gece göründüğü gibi siyah olduğunu düşündü. Gün boyunca, gökyüzünün siyah rengi beyaza eklenir - güneş ışınları ve ortaya çıkar ... mavi.
Şimdi, belki de mavi boya almak isteyen siyah ve beyazı karıştıracak biriyle tanışmayacaksınız. Ve bir zamanlar renk karıştırma yasalarının hala belirsiz olduğu zamanlar vardı. Sadece üç yüz yıl önce Newton tarafından kuruldular.
Newton ayrıca masmavi gökyüzünün gizemiyle ilgilenmeye başladı. Daha önceki tüm teorileri reddederek başladı.
İlk olarak, beyaz ve siyah karışımının asla mavi oluşturmadığını savundu. İkincisi, mavi havanın gerçek rengi değildir. Durum böyle olsaydı, o zaman Güneş ve Ay günbatımında gerçekte oldukları gibi kırmızı değil mavi görünürdü. Uzaktaki karlı dağların dorukları böyle görünürdü.
Havanın renkli olduğunu hayal edin. Çok zayıf olsa bile. Sonra kalın bir tabaka renkli cam gibi davranırdı. Ve renkli camdan bakarsanız, tüm nesneler bu camla aynı renkte görünecektir. Neden uzaktaki karlı tepeler bize pembe görünüyor da mavi değil?
Kendinden öncekilerle bir anlaşmazlıkta, gerçek Newton'un tarafındaydı. Havanın renkli olmadığını kanıtladı.
Ama yine de masmavi gökyüzünün bilmecesini çözemedi. Doğanın en güzel, şiirsel fenomenlerinden biri olan gökkuşağı onu şaşırttı. Neden aniden ortaya çıkıyor ve aniden ortadan kayboluyor? Newton, hüküm süren batıl inançtan memnun olamazdı: gökkuşağı yukarıdan bir işarettir, iyi havanın habercisidir. Her olgunun maddi nedenini bulmaya çalıştı. Gökkuşağının nedenini de buldu.
Gökkuşağı, ışığın yağmur damlalarında kırılmasının bir sonucudur. Bunu fark eden Newton, gökkuşağı yayının şeklini hesaplayabildi ve gökkuşağındaki renklerin sırasını açıklayabildi. Teorisi sadece çift gökkuşağının oluşumunu açıklayamazdı, ancak bunu çok karmaşık bir teorinin yardımıyla üç yüzyıl sonrasına kadar yapmak mümkün değildi.
Gökkuşağı teorisinin başarısı Newton'u büyüledi. Yanlışlıkla, gökyüzünün ve gökkuşağının mavi renginin aynı nedenden kaynaklandığı sonucuna vardı. Güneş ışınları bir yağmur damlası sürüsünü kırdığında bir gökkuşağı gerçekten parlar. Ancak gökyüzünün maviliği sadece yağmurda görünmez! Aksine, açık havada, en ufak bir yağmur bile olmadığında, gökyüzü özellikle mavidir. Büyük bilim adamı bunu nasıl fark etmedi? Newton, teorisine göre gökkuşağının sadece mavi kısmını oluşturan en küçük su kabarcıklarının her türlü hava koşulunda havada yüzdüğünü düşünüyordu. Ama bu bir yanılsamaydı.
İlk karar
Neredeyse 200 yıl geçti ve başka bir İngiliz bilim adamı Rayleigh, büyük Newton'un bile görevin gücünün ötesinde olduğundan korkmadan bu konuyu ele aldı.
Rayleigh optik okudu. Ve hayatlarını ışığın incelenmesine adayan insanlar, karanlıkta çok zaman geçirirler. Yabancı ışık en ince deneylere müdahale eder, bu nedenle optik laboratuvarın pencereleri neredeyse her zaman siyah, geçilmez perdelerle kaplıdır.
Rayleigh, aletlerden sızan ışık huzmeleri ile kasvetli laboratuvarında saatlerce yalnız kaldı. Işınların yolunda canlı toz parçacıkları gibi dönüyorlardı. Parlak bir şekilde aydınlatılmışlardı ve bu nedenle karanlık bir arka planda göze çarpıyordu. Bilim adamı, belki de uzun bir süre düşünceli bir şekilde, tıpkı bir kişinin şöminedeki kıvılcımları izlediği gibi, yumuşak hareketlerini izledi.
Rayleigh'e gökyüzünün renginin kökeni hakkında yeni bir fikir öneren, ışık ışınlarında dans eden bu toz parçacıkları değil miydi?
Eski zamanlarda bile ışığın düz bir çizgide yayıldığı biliniyordu. Bu önemli keşif, güneş ışınlarının bir kulübenin çatlaklarını kırarak duvarlara ve zemine nasıl düştüğünü izleyen ilkel bir adam tarafından yapılmış olabilir.
Ama yan taraftan bakarken ışık ışınlarını neden gördüğü düşüncesi onu pek rahatsız etmiyordu. Ve burada düşünülecek bir şey var. Sonuçta, güneş ışığı çatlaktan zemine bir ışındır. Gözlemcinin gözü yan taraftadır ve yine de bu ışığı görür.
Ayrıca gökyüzüne yönelik bir projektörden gelen ışığı da görüyoruz. Bu, ışığın bir kısmının bir şekilde doğrudan yoldan saptığı ve gözümüze gittiği anlamına gelir.
Onu yoldan çıkaran nedir? Havayı dolduran aynı toz parçacıklarının olduğu ortaya çıktı. Bir toz zerresi tarafından saçılan ışınlar gözümüze girer, bu engellerle karşılaşınca yoldan döner ve saçılan benekten gözümüze doğru düz bir çizgide yayılır.
"Gökyüzünü maviye boyayan bu toz parçacıkları mı?" Rayleigh bir gün düşündü. Hesabı yaptı ve önsezi kesinliğe dönüştü. Gökyüzünün mavi rengi, kızıl şafaklar ve mavi pus için bir açıklama buldu! Rayleigh 1871'de, elbette, boyutları ışığın dalga boyundan daha küçük olan en küçük toz parçacıklarının güneş ışığını saçtığını ve daha güçlü dalga boyunun daha kısa olduğunu açıkladı. Ve görünür güneş spektrumundaki mor ve mavi ışınlar en kısa dalga boyuna sahip olduklarından, en güçlü şekilde dağılırlar ve gökyüzüne mavi bir renk verirler.
Güneş ve karlı tepeler, Rayleigh'in hesaplamasına uydu. Bilim adamının teorisini bile doğruladılar. Rayleigh'in teorisine göre gün doğumu ve gün batımında, güneş ışığı havanın en büyük kalınlığından geçtiğinde, mor ve mavi ışınlar en güçlü şekilde dağılır. Aynı zamanda doğrudan yoldan saparlar ve gözlemcinin gözüne düşmezler. Gözlemci, esas olarak çok daha zayıf saçılan kırmızı ışınları görür. Bu nedenle, gün doğumu ve gün batımında güneş bize kırmızı görünür. Aynı nedenle uzaktaki karlı dağların dorukları da pembe görünür.
Açık gökyüzüne baktığımızda saçılma nedeniyle düz bir yoldan sapan ve gözümüze düşen mavi-mavi ışınları görürüz. Ve bazen ufkun yakınında gördüğümüz pus da bize mavi görünür.
can sıkıcı önemsiz şey
Bu güzel bir açıklama değil mi? Rayleigh'in kendisi buna o kadar kapılmıştı ki, bilim adamları teorinin uyumuna ve Rayleigh'in Newton'a karşı kazandığı zafere o kadar hayran kaldılar ki hiçbiri basit bir şeyi fark etmedi. Ve bu önemsiz şey, değerlendirmelerini tamamen değiştirmeliydi.
Havada çok daha az tozun olduğu, gökyüzünün mavi renginin özellikle berrak ve parlak olduğu şehirden uzakta bunu kim inkar edecek? Rayleigh'nin bunu inkar etmesi zordu. Yani... toz parçacıkları ışığı dağıtmaz mı? Sonra ne?
Tüm hesaplamalarını tekrar gözden geçirdi ve denklemlerinin doğru olduğundan emin oldu, ancak bu, toz parçacıklarının gerçekten saçılan parçacıklar olmadığı anlamına geliyor. Ek olarak, havada bulunan toz parçacıkları ışığın dalga boyundan çok daha büyüktür ve Rayleigh'in hesaplamaları, Rayleigh'i, bunların büyük bir birikiminin gökyüzünün maviliğini artırmadığına, aksine onu zayıflattığına ikna etti. Işığın büyük parçacıklar tarafından saçılması, dalga boyuna zayıf bir şekilde bağlıdır ve bu nedenle renginde bir değişikliğe neden olmaz.
Işık büyük parçacıklar tarafından saçıldığında, hem saçılan hem de iletilen ışık beyaz kalır, bu nedenle havadaki büyük parçacıkların görünümü gökyüzüne beyazımsı bir renk verir ve çok sayıda büyük damlacıkların birikmesi bulutların beyaz rengine neden olur ve sis. Normal bir sigarayı kontrol etmek kolaydır. Ağızlığın yanından çıkan duman her zaman beyazımsı görünür ve yanan ucundan çıkan duman mavimsi bir renge sahiptir.
Bir sigaranın yanan ucundan yükselen en küçük duman parçacıkları, ışığın dalga boyundan daha küçüktür ve Rayleigh'in teorisine göre, ağırlıklı olarak mor ve mavi saçılır. 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 tüm dalga boylarını yaklaşık olarak aynı şekilde saçarlar. Bu nedenle ağızlığın yanından gelen duman beyazımsı görünür.
Evet, toz parçacıklarına dayalı bir teoriyi tartışmak ve savunmak boşunaydı.
Böylece gökyüzünün mavi renginin gizemi bilim adamlarının karşısına tekrar çıktı. Ama Rayleigh pes etmedi. Gökyüzünün mavi rengi o kadar saf ve parlaksa, atmosfer o kadar safsa, o zaman gökyüzünün rengi havanın moleküllerinden başka bir şeyden kaynaklanamaz, diye akıl yürüttü. Yeni makalelerinde yazdığı hava molekülleri, güneş ışığını saçan en küçük parçacıklardır!
Rayleigh bu sefer çok dikkatliydi. Yeni fikrini bildirmeden önce, onu test etmeye karar verdi, bir şekilde teoriyi deneyimle kontrol etti.
Şans 1906'da kendini gösterdi. Rayleigh'e, Wilson Dağı'ndaki gözlemevinde gökyüzünün mavi parıltısını inceleyen Amerikalı astrofizikçi Abbott yardım etti. Abbott, Rayleigh saçılma teorisi temelinde gökyüzü parıltısının parlaklığını ölçmenin sonuçlarını işleyerek, her bir santimetreküp havanın içerdiği moleküllerin sayısını hesapladı. Çok büyük bir sayı olduğu ortaya çıktı! Bu molekülleri dünya üzerinde yaşayan tüm insanlara dağıtırsanız, herkesin bu moleküllerden 10 milyardan fazla alacağını söylemek yeterlidir. Kısacası, Abbott, normal atmosferik sıcaklık ve basınçta her santimetreküp havanın milyarın 27 milyar katı molekül içerdiğini buldu.
Bir santimetreküp gazdaki molekül sayısı, tamamen farklı ve bağımsız fenomenler temelinde farklı şekillerde belirlenebilir. Hepsi yakın 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 bir çok kez bir ölçü ve kontrol işlevi görmüştür.
Ve şimdi, Abbot'un gökyüzünün parıltısını ölçerken elde ettiği sayı, Loschmidt'in sayısıyla büyük bir doğrulukla çakıştı. Ancak hesaplamalarında Rayleigh saçılması teorisini kullandı. Böylece, teorinin doğru olduğu, ışığın moleküler saçılımının var olduğu açıkça kanıtlandı.
Rayleigh'in teorisinin deneyimle güvenilir bir şekilde doğrulandığı görülüyordu; bütün bilginler onu kusursuz kabul ettiler.
Evrensel olarak tanındı ve tüm optik ders kitaplarına girdi. Rahat nefes almak mümkündü: sonunda fenomen için bir açıklama bulundu - çok tanıdık ve aynı zamanda gizemli.
1907'de ünlü bir bilimsel derginin sayfalarında sorunun yeniden gündeme gelmesi daha da şaşırtıcı: Gökyüzü neden mavi?!
Anlaşmazlık
Genel kabul görmüş Rayleigh teorisini sorgulamaya kim cüret etti?
İşin garibi, Rayleigh'in en ateşli hayranlarından ve hayranlarından biriydi. Belki de hiç kimse Rayleigh'i bu kadar takdir etmedi ve anlamadı, çalışmalarını çok iyi bilmiyordu, genç Rus fizikçi Leonid Mandelstam kadar bilimsel çalışmalarıyla ilgilenmedi.
- Leonid Isaakovich'in zihninin doğasında, - daha sonra başka bir Sovyet bilim adamı olan Akademisyen N.D.'yi hatırladı. Papaleksi - Rayleigh ile çok ortak yanı vardı. Ve bilimsel yaratıcılıklarının yollarının sıklıkla paralel gitmesi ve tekrar tekrar kesişmesi tesadüf değildir.
Gökyüzünün renginin kökeni sorusunda bu sefer kendilerini aştılar. Bundan önce, Mandelstam esas olarak radyo mühendisliğine düşkündü. Yüzyılımızın başlangıcı için, bu tamamen yeni bir bilim alanıydı ve çok az insan bunu anladı. A.S.'nin bulunmasının ardından Popov (1895'te), sadece birkaç yıl geçmişti ve sonsuz miktarda iş vardı. Kısa bir süre içinde Mandelstam, radyo mühendisliği cihazlarıyla ilgili olarak elektromanyetik salınımlar alanında çok sayıda ciddi araştırma yaptı. 1902'de tezini savundu ve yirmi üç yaşında Strasbourg Üniversitesi'nden Doğa Felsefesi Doktoru derecesini aldı.
Radyo dalgalarının uyarılması sorunlarıyla ilgilenen Mandelstam, doğal olarak salınım süreçleri incelemesinde tanınmış bir otorite olan Rayleigh'in çalışmalarını inceledi. Ve genç doktor istemeden gökyüzünü renklendirme sorunuyla tanıştı.
Ancak, gökyüzünü renklendirme sorunuyla tanışan Mandelstam, yalnızca yanlışlığı veya kendisinin söylediği gibi, genel olarak tanınan Rayleigh moleküler ışık saçılımı teorisinin "yetersizliğini" göstermekle kalmadı, yalnızca mavinin sırrını ortaya çıkarmakla kalmadı. gökyüzünün rengi değil, aynı zamanda 20. yüzyılın fizikteki en önemli keşiflerinden birine yol açan araştırmaların temelini de attı.
Ve her şey en büyük fizikçilerden biri, kuantum teorisinin babası M. Planck ile gıyabında bir tartışmayla başladı. Mandelstam, Rayleigh'in teorisiyle tanıştığında, onu suskunluğu ve iç paradokslarıyla büyüledi, genç fizikçiyi şaşırttı, yaşlı, oldukça deneyimli Rayleigh fark etmedi. Rayleigh'in teorisinin yetersizliği, özellikle Planck tarafından, optik olarak homojen şeffaf bir ortamdan geçerken ışığın zayıflamasını açıklamak için temel aldığı başka bir teorinin analizinde açıkça ortaya çıktı.
Bu teoride ışığın geçtiği maddenin moleküllerinin ikincil dalgaların kaynağı olduğu esas alınmıştır. Planck, bu ikincil dalgaları yaratmak için geçen dalganın enerjisinin bir kısmının harcandığını ve daha sonra zayıflatıldığını savundu. Bu teorinin Rayleigh moleküler saçılma teorisine dayandığını ve onun otoritesine dayandığını görüyoruz.
Meselenin özünü anlamanın en kolay yolu, suyun yüzeyindeki dalgaları dikkate almaktır. Bir dalga, sabit veya yüzen nesnelerle (kazıklar, kütükler, tekneler, vb.) karşılaşırsa, küçük dalgalar bu nesnelerden her yöne saçılır. Bu saçılmadan başka bir şey değil. Gelen dalganın enerjisinin bir kısmı, optikteki saçılan ışığa oldukça benzeyen ikincil dalgaların uyarılması için harcanır. Bu durumda, ilk dalga zayıflar - bozulur.
Yüzen nesneler, suda hareket eden dalga boyundan çok daha küçük olabilir. Küçük taneler bile ikincil dalgalara neden olur. Elbette parçacıkların boyutu küçüldükçe oluşturdukları ikincil dalgalar zayıflar ama yine de ana dalganın enerjisini alırlar.
Planck, bir ışık dalgasının bir gazdan geçerken zayıflama sürecini böyle hayal etti, ancak teorisinde tanelerin rolü gaz molekülleri tarafından oynandı.
Mandelstam, Planck'ın bu çalışmasıyla ilgilenmeye başladı.
Mandelstam'ın düşünce dizisi, su yüzeyindeki dalgalar örneği kullanılarak da açıklanabilir. Sadece daha dikkatli düşünmelisin. Bu nedenle, su yüzeyinde yüzen küçük taneler bile ikincil dalga kaynaklarıdır. Ama bu taneleri suyun tüm yüzeyini kaplayacak kadar kalın dökerseniz ne olur? O zaman, sayısız tanenin neden olduğu bireysel ikincil dalgaların, dalgaların yanlara ve arkaya uzanan kısımlarını tamamen söndürecek şekilde toplanacağı ve saçılmanın duracağı ortaya çıkacaktır. Sadece ileriye doğru ilerleyen bir dalga olacak. Hiç zayıflamadan ileriye doğru koşacak. Tüm tane kütlesinin varlığının tek sonucu, birincil dalganın yayılma hızında bir miktar azalma olacaktır. Tüm bunların, tanelerin durağan olup olmamasına veya su yüzeyinde hareket edip etmemesine bağlı olmaması özellikle önemlidir. Tanelerin toplamı, suyun yüzeyinde bir yük görevi görerek üst tabakasının yoğunluğunu değiştirecektir.
Mandelstam, havadaki moleküllerin sayısının çok fazla olduğu ve ışığın dalga boyu kadar küçük bir alanda bile çok fazla sayıda molekülün bulunduğu durum için matematiksel bir hesaplama yaptı. Bu durumda, tek tek rastgele hareket eden moleküller tarafından uyarılan ikincil ışık dalgalarının, taneli örnekteki dalgalarla aynı şekilde toplandığı ortaya çıktı. Bu, bu durumda ışık dalgasının saçılma ve zayıflama olmadan, ancak biraz daha düşük bir hızda yayıldığı anlamına gelir. Bu, saçılan parçacıkların hareketinin her durumda dalgaların saçılmasını sağladığına inanan Rayleigh'in teorisini çürüttü ve bu nedenle Planck'ın buna dayanan teorisini reddetti.
Böylece saçılma teorisinin temelinde kum keşfedildi. Bütün görkemli bina sallandı ve çökmekle tehdit etti.
Tesadüf
Peki ya mavi gökyüzü parıltısının ölçümlerinden Loschmidt sayısının belirlenmesi? Sonuçta, deney Rayleigh saçılma teorisini doğruladı!
Mandelstam 1907'de "Optik Homojen ve Bulanık Medya Üzerine" adlı çalışmasında "Bu tesadüf tesadüfi olarak görülmelidir" diye yazmıştı.
Mandelstam, moleküllerin rastgele hareketinin bir gazı homojen hale getiremeyeceğini gösterdi. Aksine, gerçek bir gazda her zaman kaotik termal hareketin bir sonucu olarak oluşan en küçük seyrelme ve sıkıştırma vardır. Havanın optik tekdüzeliğini ihlal ettikleri için ışığın saçılmasına yol açan onlardır. Aynı eserde Mandelstam şunları yazdı:
"Ortam optik olarak homojen değilse, o zaman genel olarak konuşursak, gelen ışık da yanlara dağılacaktır."
Ancak kaotik hareket sonucu ortaya çıkan homojen olmamaların boyutları ışık dalgalarının dalga boyundan daha küçük olduğundan, tayfın mor ve mavi kısımlarına karşılık gelen dalgalar ağırlıklı olarak saçılacaktır. Bu da özellikle gökyüzünün mavi rengine yol açar.
Böylece, masmavi gökyüzünün bilmecesi nihayet çözüldü. Teorik kısım Rayleigh tarafından geliştirilmiştir. Saçıcıların fiziksel doğası Mandelstam tarafından kurulmuştur.
Mandelstam'ın büyük değeri, bir gazın mükemmel homojenliği varsayımının, ışığın içinde saçılmış olduğu gerçeğiyle bağdaşmadığını kanıtlamış olması 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 bir ışık demeti, yalnızca on binlerce olarak ölçülen, kıyaslanamayacak kadar küçük molekül miktarlarını algılar. Ve bu, bir gazın yoğunluğunun sürekli olarak küçük yerel değişikliklere tabi olduğunu inkar edilemez bir şekilde belirlemek için yeterlidir. Dolayısıyla bizim “kaba” bakış açımızdan homojen bir ortam aslında homojen değildir. "Işık açısından" bulutlu görünür ve bu nedenle ışığı saçar.
Moleküllerin termal hareketinden kaynaklanan, maddenin özelliklerindeki rastgele yerel değişikliklere artık dalgalanmalar denir. Mandelstam, moleküler ışık saçılımının dalgalanma kökenini aydınlattıktan sonra, maddeyi incelemek için yeni bir yöntemin yolunu açtı - dalgalanma veya istatistiksel yöntem, daha sonra Smoluchovsky, Lorentz, Einstein ve kendisi tarafından yeni bir büyük fizik bölümü - istatistiksel fizik olarak geliştirildi.
Gökyüzü pırıl pırıl olmalı!
Böylece gökyüzünün mavi renginin sırrı ortaya çıktı. Ancak ışık saçılımı çalışması burada bitmedi. Hava yoğunluğundaki neredeyse algılanamayan değişikliklere dikkat çeken ve ışığın dalgalanma saçılımıyla gökyüzünün renklenmesini açıklayan Mandelstam, bir bilim adamı olarak keskinleşmiş içgüdüsü ile bu sürecin yeni, daha da incelikli bir özelliğini keşfetti.
Sonuçta, hava homojen olmamalarına, yoğunluğundaki rastgele dalgalanmalar neden olur. Bu rastgele homojensizliklerin büyüklüğü, pıhtıların yoğunluğu zamanla değişir. Bu nedenle, bilim adamı, yoğunluğun da zamanla değişmesi gerektiğini savundu - saçılan ışığın gücü! Sonuçta, molekül kümeleri ne kadar yoğun olursa, üzerlerine saçılan ışık o kadar yoğun olur. Ve bu pıhtılar rastgele belirip kaybolduğu için, basitçe söylemek gerekirse, gökyüzü titremelidir! Parıltısının gücü ve rengi her zaman değişmelidir (ama çok zayıf bir şekilde)! Ama hiç kimse böyle bir titreme fark etti mi? Tabii ki değil.
Bu etki o kadar incedir ki çıplak gözle göremezsiniz.
Bilim adamlarının hiçbiri gökyüzünün parıltısında böyle bir değişiklik gözlemlemedi. Mandelstam'ın kendisi de teorisinin sonuçlarını doğrulama fırsatına sahip değildi. En karmaşık deneylerin organizasyonu, önce çarlık Rusya'sının yetersiz koşulları, ardından devrimin ilk yıllarının zorlukları, dış müdahale ve iç savaş tarafından engellendi.
1925'te Mandelstam, Moskova Üniversitesi'nde bir bölüm başkanı oldu. Burada seçkin bilim adamı ve yetenekli deneyci Grigory Samuilovich Landsberg ile tanıştı. Ve böylece, derin dostluk ve ortak bilimsel çıkarlarla birbirine bağlı olarak, saçılan ışığın zayıf ışınlarında gizlenen sırlara yönelik saldırıyı birlikte sürdürdüler.
O yıllarda üniversitenin optik laboratuvarları aletlerde hâlâ çok zayıftı. Üniversitenin, gökyüzünün titremesini veya olayın frekanslarındaki küçük farklılıkları ve teorinin bu titremenin sonucu olduğunu tahmin ettiği saçılan ışığı tespit edebilecek tek bir aleti yoktu.
Ancak bu, araştırmacıları durdurmadı. Laboratuvarda gökyüzünü taklit etme fikrinden vazgeçtiler. Bu sadece zaten incelikli bir deneyimi karmaşıklaştırır. Beyaz karmaşık ışığın saçılımını değil, kesin olarak tanımlanmış bir frekansın ışınlarının saçılımını incelemeye karar verdiler. Gelen ışığın frekansını tam olarak biliyorlarsa, saçılma sırasında ortaya çıkması gereken ona yakın frekansları aramak çok daha kolay olacaktır. Ek olarak, teori katılarda gözlem yapmanın daha kolay olduğunu, çünkü içlerindeki moleküllerin gazlardan çok daha yakın olduğunu ve madde ne kadar yoğun olursa saçılmanın o kadar büyük olduğunu ileri sürdü.
En uygun malzemeler için özenli bir arayış başladı. Son olarak, seçim kuvars kristallerine düştü. Basitçe, büyük şeffaf kuvars kristalleri diğerlerinden daha uygun olduğu için.
Hazırlık deneyleri iki yıl sürdü, en saf kristal örnekleri seçildi, teknik geliştirildi, kuvars molekülleri üzerindeki saçılmayı, rastgele kapanımlar, kristal homojensizlikleri ve safsızlıklar üzerindeki saçılmadan tartışmasız bir şekilde ayırt etmenin mümkün olduğu işaretler oluşturuldu.
zeka ve iş
Güçlü spektral analiz ekipmanından yoksun olan bilim adamları, mevcut enstrümanları kullanmayı mümkün kılacak dahiyane bir geçici çözüm seçtiler.
Bu çalışmadaki ana zorluk, moleküler saçılmanın neden olduğu zayıf ışığın, deneyler için elde edilebilecek kristal örneklerinin küçük safsızlıkları ve diğer kusurları tarafından saçılan çok daha güçlü bir ışıkla üst üste gelmesiydi. Araştırmacılar, kristal kusurları ve kurulumun çeşitli bölümlerinden gelen yansımalardan oluşan saçılan ışığın, gelen ışığın frekansıyla tam olarak eşleşmesinden yararlanmaya karar verdiler. Sadece Mandelstam'ın teorisine göre değişen frekansı olan ışıkla ilgileniyorlardı.Bu nedenle, görev moleküler saçılımın neden olduğu değişen bir frekansın ışığını bu çok daha parlak ışığın arka planına karşı izole etmekti.
Saçılan ışığın kaydedilebilecek bir değere sahip olması için bilim adamları, kuvarsı, kendilerine sunulan en güçlü aydınlatma cihazıyla aydınlatmaya karar verdiler: bir cıva lambası.
Bu nedenle, bir kristalde saçılan ışık iki kısımdan oluşmalıdır: moleküler saçılma nedeniyle değişen frekansta zayıf bir ışık (bu kısmın incelenmesi bilim adamlarının amacıydı) ve yabancı maddelerin neden olduğu değişmeyen frekansta çok daha güçlü bir ışık. sebepler (bu kısım zararlıydı, araştırmayı zorlaştırdı.
Yöntem fikri, basitliği nedeniyle çekiciydi: sabit bir frekanstaki ışığı emmek ve spektral aparata yalnızca değişen bir frekanstaki ışığın geçmesine izin vermek gerekir. Ancak frekans farklılıkları, yüzde birin yalnızca birkaç binde biri kadardı. Dünyadaki hiçbir laboratuvarda bu kadar yakın frekansları ayırabilen bir filtre yoktu. Ancak bir çözüm bulundu.
Saçılan ışık, cıva buharlı bir kaptan geçirildi. Sonuç olarak, tüm "zararlı" ışık gemide "sıkıştı" ve "yararlı" ışık, gözle görülür bir zayıflama olmadan geçti. Bu durumda, deneyciler zaten bilinen bir durumdan yararlandılar. Kuantum fiziğine göre bir madde atomu, yalnızca oldukça belirli frekanslarda ışık dalgaları yayabilir. Ancak bu atom aynı zamanda ışığı da soğurabilmektedir. Ve sadece kendisinin yayabileceği frekansların ışık dalgaları.
Bir cıva lambasında, lambanın içinde meydana gelen bir elektrik boşalmasının etkisi altında parlayan cıva buharı tarafından ışık yayılır. Bu ışık cıva buharı da içeren bir kaptan geçirilirse, neredeyse tamamen emilecektir. Teorinin öngördüğü şey olacak: kaptaki cıva atomları, lambadaki cıva atomlarının yaydığı ışığı emecektir.
Neon lamba gibi diğer kaynaklardan gelen ışık, cıva buharından zarar görmeden geçecektir. Cıva atomları buna dikkat bile etmeyecektir. Dalga boyunda bir değişiklikle kuvars içinde saçılan cıva lambasının ışığının o kısmı da emilmeyecektir.
Mandelstam ve Landsberg'in yararlandığı bu elverişli durumdu.
İnanılmaz keşif
1927'de belirleyici deneyler başladı. Bilim adamları kuvars kristalini bir cıva lambasının ışığıyla aydınlattı ve sonuçları işledi. Ve ... şaşırdılar.
Deneyin sonuçları beklenmedik ve olağandışıydı. Bilim adamları beklediklerini, teorinin öngördüğünü bulamadılar. Tamamen yeni bir fenomen keşfettiler. Ama ne? Ve bu bir hata değil mi? Saçılan ışıkta beklenmeyen frekanslar bulundu, ancak çok daha yüksek ve daha düşük frekanslar. Saçılan ışık spektrumunda, kuvars üzerindeki ışık olayında olmayan bütün bir frekans kombinasyonu ortaya çıktı. Görünüşlerini kuvarstaki optik homojensizliklerle açıklamak imkansızdı.
Kapsamlı bir kontrol başladı. Deneyler kusursuz bir şekilde gerçekleştirilmiştir. O kadar esprili, mükemmel ve yaratıcıydılar ki, onlara hayran olmamak imkansızdı.
- Leonid Isaakovich bazen çok zor teknik sorunları o kadar güzel ve bazen zekice basit bir şekilde çözdü ki, istemeden her birimizin bir sorusu vardı: “Bu neden daha önce aklıma gelmedi?” - diyor çalışanlardan biri.
Çeşitli kontrol deneyleri inatla hata olmadığını doğruladı. Saçılan ışığın spektrumunun fotoğraflarında, zayıf ve yine de, dağınık ışıkta "ekstra" frekansların varlığını gösteren oldukça belirgin çizgiler ısrarla ortaya çıktı.
Bilim adamları aylardır bu fenomen için bir açıklama arıyorlar. Saçılan ışıkta “yabancı” frekanslar nereden geldi?!
Ve gün geldi, Mandelstam'da inanılmaz bir içgörü doğdu. Şimdi 20. yüzyılın en önemli keşiflerinden biri olarak kabul edilen inanılmaz bir keşifti.
Ancak hem Mandelstam hem de Landsberg, bu keşfin ancak sağlam bir doğrulamadan sonra, olgunun derinliklerine kapsamlı bir şekilde nüfuz ettikten sonra yayınlanabileceği konusunda oybirliğiyle karar verdiler. Son deneyler başladı.
Güneşin yardımıyla
16 Şubat'ta Hintli bilim adamları Ch.N. Raman ve K.S. Krishnan, Kalküta'dan bu dergiye keşfinin kısa bir açıklamasını içeren bir telgraf gönderdi.
O yıllarda, dünyanın her yerinden en çeşitli keşiflerle ilgili mektuplar "Priroda" dergisine akın etti. Ancak her raporun kaderi bilim adamları arasında heyecan yaratmaya yönelik değildir. Hintli bilim adamlarının mektubuyla ilgili konu basıldığında, fizikçiler çok heyecanlandılar. Notun başlığı - "Yeni bir ikincil radyasyon türü" - bile ilgi uyandırdı. Sonuçta, optik en eski bilimlerden biridir, 20. yüzyılda bilinmeyen bir şeyi keşfetmek çoğu zaman mümkün değildi.
Kalküta'dan gelen yeni mektupları tüm dünyadaki fizikçilerin ne kadar ilgiyle beklediğini hayal edebilirsiniz.
İlgileri, keşfin yazarlarından biri olan Raman'ın kişiliği tarafından az da olsa körüklendi. Bu, Einstein'ınkine çok benzeyen, tuhaf bir kaderi ve olağanüstü bir biyografisi olan bir adam. Einstein gençliğinde basit bir spor salonu öğretmeniydi ve daha sonra patent ofisinin bir çalışanıydı. Eserlerinin en önemlisini bu dönemde tamamlamıştır. Parlak bir fizikçi olan Raman, aynı zamanda üniversiteden mezun olduktan sonra, Maliye Bölümünde on yıl hizmet etmek zorunda kaldı ve ancak bundan sonra Kalküta Üniversitesi'nin bölümüne davet edildi. Raman kısa süre sonra Hint fizik okulunun tanınan başkanı oldu.
Anlatılan olaylardan kısa bir süre önce Raman ve Krishnan, merak uyandıran bir göreve kapıldılar. Daha sonra, 1923'te, X-ışınlarının maddeden geçişini inceleyen Amerikalı fizikçi Compton'un keşfinin neden olduğu tutkular, henüz azalmamış, bu ışınların bir kısmının orijinal yönden uzaklaşarak dalga boylarını artırdığını keşfetti. Gözlükçülerin diline çevrildiğinde, bir maddenin molekülleriyle çarpışan X ışınlarının “renklerini” değiştirdiğini söyleyebiliriz.
Bu fenomen kuantum fiziği yasalarıyla kolayca açıklanabilir. Bu nedenle, Compton'un keşfi, genç kuantum teorisinin doğruluğunun kesin kanıtlarından biriydi.
Benzer bir şey, ancak zaten optikte denemeye karar verdik. Hintli bilim adamlarını keşfedin. Işığı bir maddeden geçirmek ve ışınlarının maddenin molekülleri üzerinde nasıl dağılacağını ve dalga boylarının değişip değişmeyeceğini görmek istediler.
Gördüğünüz gibi, isteyerek veya istemeyerek, Hintli bilim adamları kendilerine Sovyet bilim adamlarının aynı görevi verdiler. Ama amaçları farklıydı. Kalküta, Compton etkisinin optik bir analojisini arıyordu. Moskova'da - Mandelstam'ın dalgalanan homojen olmamalarla ışık saçılması sırasında frekans değişimi tahmininin deneysel olarak doğrulanması.
Raman ve Krishnan, beklenen etki son derece küçük olacağından karmaşık bir deney tasarladılar. Deney için çok parlak bir ışık kaynağına ihtiyaç vardı. Ve sonra ışınlarını bir teleskopla toplayarak güneşi kullanmaya karar verdiler.
Lensinin çapı on sekiz santimetreye eşitti. Araştırmacılar toplanan ışığı bir prizma aracılığıyla sıvıların ve gazların yerleştirildiği, tozdan ve diğer kirleticilerden tamamen temizlenmiş kaplara yönlendirdi.
Ancak, neredeyse tüm olası dalga boylarını içeren beyaz güneş ışığını kullanarak saçılan ışığın beklenen küçük dalga boyunu tespit etmek umutsuzdu. Bu nedenle bilim adamları ışık filtreleri kullanmaya karar verdiler. Merceğin önüne mavi-mor bir filtre yerleştirdiler ve sarı-yeşil bir filtreden saçılan ışığı gözlemlediler. Haklı olarak, birinci filtreden geçenin ikinciye takılıp kalmasına karar verdiler. Sonuçta, sarı-yeşil filtre, birinci filtre tarafından iletilen mavi-mor ışınları emer. Ve her ikisi de arka arkaya yerleştirilmiş, gelen tüm ışığı absorbe etmelidir. Ancak, bazı ışınlar gözlemcinin gözüne düşerse, bunların gelen ışıkta olmadıklarını, incelenen maddede doğduklarını kesin olarak söylemek mümkün olacaktır.
Kolumba
Gerçekten de, dağınık ışıkta Raman ve Krishnan, ikinci filtreden geçen ışınları buldular. Ekstra frekansları sabitlediler. Bu prensipte optik Compton etkisi olabilir. Yani mavi-mor ışık, maddenin molekülleri tarafından damarlarda dağıldığında rengini değiştirip sarı-yeşile dönüşebilir. Ancak bunun hala kanıtlanması gerekiyordu. Sarı-yeşil ışığın ortaya çıkmasına neden olan başka nedenler olabilir. Örneğin, ışık, ısı ve diğer nedenlerin etkisi altında sıvılarda ve katılarda sıklıkla meydana gelen zayıf bir parıltı olan lüminesansın bir sonucu olarak ortaya çıkabilir. Açıkçası, bir şey vardı - bu ışık yeniden doğdu, olay ışığının içinde değildi.
Bilim adamları deneylerini altı farklı sıvı ve iki tür buharla tekrarladılar. Ne lüminesansın ne de başka nedenlerin burada bir rol oynamadığından emin oldular.
Görünür ışığın dalga boyunun maddeye saçıldığında arttığı gerçeği Raman ve Krishnan'a kanıtlanmış gibi geldi. Aramalarının başarı ile taçlandırıldığı görülüyordu. Compton etkisine optik bir benzerlik keşfettiler.
Ancak deneylerin bitmiş bir şekle sahip olması ve sonuçların yeterince inandırıcı olması için işin bir bölümünün daha yapılması gerekiyordu. Dalga boyundaki bir değişikliği tespit etmek yeterli değildi. Bu değişimin büyüklüğünü ölçmek gerekiyordu. İlki bir ışık filtresi oluşturmaya yardımcı oldu. İkincisini yapacak gücü yoktu. Burada bilim adamlarının bir spektroskopa ihtiyacı vardı - incelenen ışığın dalga boyunu ölçmenizi sağlayan bir cihaz.
Ve araştırmacılar, daha az karmaşık ve özenli olmayan ikinci bölüme başladı. Ama aynı zamanda onların beklentilerini de karşıladı. Sonuçlar, çalışmanın ilk bölümünün sonuçlarını bir kez daha doğruladı. Bununla birlikte, dalga boyunun beklenmedik şekilde büyük olduğu ortaya çıktı. Beklenenden çok daha fazlası. Bu, araştırmacıları rahatsız etmedi.
Kolomb'u burada nasıl hatırlamazsınız? Hindistan'a giden bir deniz yolu bulmaya çalıştı ve karayı görünce amacına ulaştığından hiç şüphesi yoktu. Kırmızı tenli sakinlerin ve Yeni Dünya'nın alışılmadık doğasının görüntüsü karşısında güveninden şüphe etmek için bir nedeni var mıydı?
Görünür ışıkta Compton etkisini keşfetmeye çalışan Raman ve Krishnan'ın, sıvılarından ve gazlarından geçen ışığı inceleyerek bunu bulmaya karar verdikleri doğru değil mi?! Ölçümler saçılan ışınların dalga boyunda beklenmedik şekilde büyük bir değişiklik gösterdiğinde tereddüt ettiler mi? Buluşlarından nasıl bir sonuç çıkardılar?
Hintli bilim adamlarına göre aradıklarını bulmuşlar. 23 Mart 1928'de "Compton Etkisinin Optik Analojisi" başlıklı bir makaleyle Londra'ya bir telgraf uçtu. Bilim adamları şunları yazdı: "Dolayısıyla, Compton etkisinin optik analojisi açıktır, ancak dalga boyunda çok daha büyük bir değişiklikle uğraşıyoruz ..." Not: "çok daha büyük ..."
Atomların Dansı
Raman ve Krishnan'ın çalışmaları bilim adamları tarafından ayakta alkışlandı. Herkes haklı olarak deneysel sanatına hayran kaldı. Bu keşif için Raman 1930'da Nobel Ödülü'ne layık görüldü.
Hintli bilim adamlarının mektubuna, gelen ışığın frekansını ve maddenin moleküllerine saçılan ışığı temsil eden çizgilerin yerlerini aldığı tayfın bir fotoğrafı iliştirildi. Raman ve Krishnan'a göre bu fotoğraf, keşiflerini her zamankinden daha net bir şekilde gösteriyordu.
Mandelstam ve Landsberg bu fotoğrafa baktıklarında, çektikleri fotoğrafın neredeyse birebir kopyasını gördüler! Ancak onun açıklamasını öğrendikten sonra, Raman ve Krishnan'ın yanıldıklarını hemen anladılar.
Hayır, Hintli bilim adamları Compton etkisini keşfetmediler, ancak tamamen farklı bir fenomen, Sovyet bilim adamlarının uzun yıllardır üzerinde çalıştığı aynı şey ...
Hintli bilim adamlarının keşfinin yarattığı heyecan büyürken, Mandelstam ve Landsberg kontrol deneylerini bitiriyor ve son belirleyici sonuçları özetliyorlardı.
Ve 6 Mayıs 1928'de basılmak üzere bir makale gönderdiler. Spektrumun bir fotoğrafı makaleye eklenmiştir.
Sorunun tarihini kısaca özetleyen araştırmacılar, keşfettikleri fenomenin ayrıntılı bir yorumunu yaptılar.
Peki, pek çok bilim insanının acı çekmesine ve başının kırılmasına neden olan bu fenomen neydi?
Mandelstam'ın derin sezgisi ve net analitik zihni, bilim adamını hemen, saçılan ışığın frekansındaki keşfedilen değişikliklerin, hava yoğunluğunun rastgele tekrarlarını bile ortadan kaldıran bu moleküller arası kuvvetlerden kaynaklanamayacağına yönlendirdi. Bilim adamı, nedenin kuşkusuz maddenin moleküllerinde yattığını, fenomenin molekülü oluşturan atomların moleküller arası titreşimlerinden kaynaklandığını anladı.
Bu tür dalgalanmalar, ortamdaki rastgele homojensizliklerin oluşumuna ve emilmesine eşlik edenlerden çok daha yüksek bir frekansta meydana gelir. Saçılan ışığı etkileyen moleküllerdeki atomların bu titreşimleridir. Atomlar olduğu gibi işaretler, izlerini bırakır, ek frekanslarla şifreler.
Bu çok güzel bir tahmindi, küçük bir doğa kalesinin - moleküllerin kordonunun ötesindeki insan düşüncesinin cüretkar bir istilasıydı. Ve bu keşif, iç yapısı hakkında değerli bilgiler getirdi.
El ele
Böylece, moleküller arası kuvvetlerin neden olduğu saçılan ışığın frekansındaki küçük bir değişikliği tespit etmeye çalışırken, moleküller arası kuvvetlerin neden olduğu daha büyük bir frekans değişikliği bulundu.
Böylece, "Işığın Raman saçılması" olarak adlandırılan yeni fenomeni açıklamak için, Mandelstam tarafından oluşturulan moleküler saçılma teorisini, moleküllerin içindeki atomların titreşimlerinin etkisine ilişkin verilerle desteklemek yeterliydi. Yeni fenomen, Mandelstam'ın 1918'de formüle ettiği fikrinin gelişmesinin bir sonucu olarak keşfedildi.
Evet, sebepsiz değil, Akademisyen S.I. Vavilov, “Doğa, Leonid Isaakovich'e, çoğunluğun kayıtsızca geçtiği ana şeyi hemen fark eden ve anlayan tamamen alışılmadık, anlayışlı, ince bir zihinle donattı. Işık saçılımının dalgalanma özü bu şekilde anlaşıldı ve Raman saçılımının keşfine temel oluşturan ışık saçılımı sırasında spektrumda bir değişiklik fikri bu şekilde ortaya çıktı.
Daha sonra, bu keşiften muazzam faydalar elde edildi, değerli pratik uygulamalar aldı.
Keşif anında, bilime yalnızca en değerli katkı gibi görünüyordu.
Peki ya Raman ve Krishnan? Sovyet bilim adamlarının ve kendi bilim adamlarının keşfine nasıl tepki verdiler? Ne keşfettiklerini anladılar mı?
Bu soruların cevabı, Sovyet bilim adamları tarafından makalenin yayınlanmasından 9 gün sonra Raman ve Krishnan'ın basına gönderdikleri aşağıdaki mektupta yer alıyor. Evet, gözlemledikleri olgunun Compton etkisi olmadığını anladılar. Bu, ışığın Raman saçılmasıdır.
Raman ve Krishnan'ın mektuplarının ve Mandelstam ve Landsberg'in makalelerinin yayınlanmasından sonra, aynı fenomenin Moskova ve Kalküta'da bağımsız olarak ve neredeyse eşzamanlı olarak yapıldığı ve incelendiği tüm dünyadaki bilim adamları için netleşti. Ancak Moskova fizikçileri onu kuvars kristallerinde incelerken, Hintli fizikçiler onu sıvılarda ve gazlarda incelediler.
Ve bu paralellik elbette tesadüfi değildi. Sorunun aciliyetinden, büyük bilimsel öneminden bahsediyor. Nisan 1928'in sonunda Mandelstam ve Raman'ın sonuçlarına yakın sonuçların Fransız bilim adamları Rocard ve Kaban tarafından bağımsız olarak elde edilmesi şaşırtıcı değildir. Bir süre sonra bilim adamları, 1923'te Çek fizikçi Smekal'in aynı fenomeni teorik olarak öngördüğünü hatırladılar. Smekal'in çalışmasının ardından Kramers, Heisenberg ve Schrödinger'in teorik araştırmaları ortaya çıktı.
Görünen o ki, birçok ülkeden bilim adamlarının aynı sorunu çözmek için farkında bile olmadan aynı sorunu çözmeye çalışması, ancak bilimsel bilgi eksikliği ile açıklanabilir.
Otuz yedi yıl sonra
Raman saçılması araştırmaları, sadece ışık biliminde yeni bir sayfa açmadı. Aynı zamanda teknolojiye güçlü bir silah verdiler. Endüstri, maddenin özelliklerini incelemek için mükemmel bir yol aldı.
Sonuçta, ışığın Raman saçılımının frekansları, ışığı saçan ortamın molekülleri tarafından ışığın üzerine bindirilen baskılardır. Ve farklı maddelerde bu izler aynı değildir. Akademisyen Mandelstam'a, Raman ışık saçılımını "moleküllerin dili" olarak adlandırma hakkını veren şey budur. Moleküllerin ışık ışınları üzerindeki izlerini okuyabilen, saçılan ışığın kompozisyonunu belirleyebilenler, bu dili kullanarak moleküllerin yapılarının sırlarını anlatacaklar.
Kombinasyon spektrumunun bir fotoğrafının negatifinde, değişen siyahlık çizgilerinden başka bir şey yoktur. Ancak bu fotoğraftan uzman, maddenin içinden geçtikten sonra saçılan ışıkta ortaya çıkan molekül içi titreşimlerin frekanslarını hesaplayacaktır. Resim, moleküllerin iç yaşamının şimdiye kadar bilinmeyen birçok yönünü anlatacaktır: yapıları hakkında, atomları moleküllere bağlayan kuvvetler hakkında, atomların göreli hareketleri hakkında. Fizikçiler, Raman spektrogramlarını deşifre etmeyi öğrenerek, moleküllerin kendilerini tanımlamak için kullandıkları tuhaf "ışık dilini" anlamayı öğrendiler. Böylece yeni keşif, moleküllerin iç yapısına daha derinden girmeyi mümkün kıldı.
Bugün fizikçiler sıvıların, kristallerin ve camsı maddelerin yapısını incelemek için Raman saçılımını kullanıyor. Kimyacılar bu yöntemi çeşitli bileşiklerin yapısını belirlemek için kullanırlar.
Işığın Raman saçılması fenomenini kullanarak maddenin incelenmesi için yöntemler, P.N. Akademisyen Landsberg başkanlığındaki SSCB Bilimler Akademisi Lebedev.
Bu yöntemler, fabrika laboratuvarında havacılık benzinleri, parçalanmış ürünler, petrol rafineri ürünleri ve diğer birçok karmaşık organik sıvıların nicel ve nitel analizlerinin hızlı ve doğru bir şekilde yapılmasını mümkün kılmaktadır. Bunu yapmak için, incelenen maddeyi aydınlatmak ve onun tarafından saçılan ışığın bileşimini bir spektrograf ile belirlemek yeterlidir. Çok basit görünüyor. Ancak bu yöntemin gerçekten kullanışlı ve hızlı olduğu ortaya çıkmadan önce, bilim adamları doğru ve hassas ekipman oluşturmak için çok çalışmak zorunda kaldılar. Ve bu yüzden.
İncelenen maddeye giren toplam ışık enerjisi miktarının sadece önemsiz bir kısmı - yaklaşık on milyarda biri - saçılan ışıktan sorumludur. Ve Raman saçılması nadiren bu değerin yüzde iki ya da üçünü oluşturur. Görünüşe göre, bu yüzden Raman saçılması uzun süre farkedilmeden kaldı. Ve Raman saçılmasının ilk fotoğraflarının elde edilmesi için onlarca saat süren pozlamalar gerektirmesi şaşırtıcı değil.
Ülkemizde oluşturulan modern ekipman, birkaç dakika ve hatta bazen saniyeler içinde saf maddelerin Raman spektrumunu elde etmeyi mümkün kılar! Bireysel maddelerin yüzde birkaç oranında dahil edildiği karmaşık karışımların analizi için bile, genellikle bir saati geçmeyen bir maruziyet yeterlidir.
Fotoğraf plakalarına kaydedilen moleküllerin dilinin Mandelstam ve Landsberg, Raman ve Krishnan tarafından keşfedilmesi, deşifre edilmesi ve anlaşılmasından bu yana otuz yedi yıl geçti. O zamandan beri, optisyenlerin Raman frekansları kataloğu dediği moleküller dilinin bir "sözlüğünü" derlemek için tüm dünyada ısrarlı bir çalışma yürütüldü. Böyle bir katalog derlendiğinde, spektrogramların yorumlanması büyük ölçüde kolaylaşacak ve Raman ışık saçılımı daha da eksiksiz bir şekilde bilim ve endüstrinin hizmetinde olacaktır.
Yükleniyor...