ماهیت نور

پارس دانش: تعریف واقعی نور چیست؟تعریف دقیقی برای نور نداریم، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی باهم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را شرح می دهند. نظریه ماکسول درباره انتشار نور بحث می‌کند در حالی که نظریه کوانتومی برهمکنش 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.

چون نظریه‌های الکترومغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز  لااقل در قالب ریاضی جوابگو است  و طبیعت نور کاملا شناخته شده است،
ماهیت های نور:

۱-ماهیت ذر‌ه‌ای ۲-ماهیت موجی ۳- ماهیت الکترومغناطیس ۴-ماهیت کوانتومی نور۵-نظریه مکملی ، اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست؟

آیا نور جرم دارد یا خیر؟

نور موج -ذره است، یعنی بسته به انتخاب شما می تواند به صورت ذره ای یا موجی توصیف شود. در هیچ کدام از این دو حالت « جرم سکون » به عنوان یکی از ویژگی های ذرات سازنده جهان برای نور وجود ندارد. اما می توان گفت نور، « جرم نسبی » مثبت دارد. یعنی می توان انرژی نور را به تکانه و در نتیجه جرم معادل آن مرتبط کرد. می دانیم جرم و انرژی صورتهایی از هم هستند. جرم سکون ( همان چیزی که شما با ترازو اندازه می گیرید ) برای ذرات نور برابر صفر است، همانطور که مثلا بار الکتریکی هم ندارند، به همین خاطر هم نور با سرعت نور حرکت می کند. از دید یک ناظر لخت ( که حرکت شناب دار ندارد ) ذره ای که جرم سکون مثبت داشته باشد، با افزایش سرعتش، دچار افزایش جرم می شود و این افزایش جرم باعث می شود به نیروی بیشتری برای شتاب بیشتر نیاز داشته باشد. ذره ای که جرم سکون دارد در سرعت هایی نزدیک به سرعت نور، جرمش به بی نهایت میل می کند و به همین دلیل به نیرو و زمان بی نهایت برای رسیدن به سرعت نور نیاز خواهد داشت و به همین دلیل هرگز نمی تواند با سرعت نور حرکت کند. اگر هم فکر می کنید منحرف شدن نور در میدان جاذبه به خاطر جرم داشتن نور است، در اشتباهید علت خم شدن نور در میدان جاذبه ، خمیدن شدن فضا زمانی است که نور هم درون آن حرکت می کند و علت حبس شدن نور در سیاه چاله ها بخاطر خمیده شدن فضا زمان در افق رویداد سیاه چاله تا حدی است که هر مسیری کاملا به سمت تکینگی سیاه چاله بسته می شود.

خواص نور و نحوه تولید 

سرعت نور در محیطهای مختلف متفاوت است که بیشترین آن در خلاء و یا به طور تقریبی در هوا است، در داخل ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته است. به وسیله کاواک جسم سیاه می‌توان تمام ناحیه طول موجی نور را تولید نمود. در طبیعت در طول موجهای مختلف مشاهده شده اما مشهورترین آن نور سفید است که یک نور مرکبی از سایر طول موجها می‌باشد. تک طول موجها آن را بوسیله لامپهای تخلیه الکتریکی که معرف طیفهای اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده می‌توان تولید کرد.
درباره ماهیت نور سه نظریه غالب وجود دارد که نظریات دیگر زیر مجموعه ای از آن می باشند ؛ نظریه نخست دیدگاه کلاسیک و سنتی نیوتن درباره نور است که نور را متشکل از ذراتی با جرم و وزنی مشخص بنام فوتون معرفی می کرد و انتشار نور در امتداد یک خط مستقیم را یکی از دلایل ذره ای بودن آن می دانست ، دیدگاه دوم نظریه موجی بودن نور است که پایه های اصلی آن بوسیله یانگ و فرنل پی ریزی شد آنها تلاش می کردند با اشاره به پدیده هایی مانند تداخل و پراش و قطبش نور ثابت کنند که نور خاصیت موجی دارد ، اما اشکال کار در این بود که نور هم خاصیت ذره ای و هم خاصیت موجی بودن را از خود نشان می داد ، پس موج سوم نور شناخت در قرن بیستم شروع شد ، در این موج سوم که انیشتین نیز از طرفدارانش بود می خواستند ثابت کنند که نور از بسته های انرژی به نام فوتون تشکیل شده است که دارای خاصیت ذره ای و موجی به صورت توام هستند و جرم و وزن و فرکانس دارند .
با پذیرفتن دیدگاه سوم درباره نور سعی می کنیم آنرا کاملتر نماییم و بخشهای ناگفته اش را روشنتر بیان کنیم ، در این دیدگاه مطابق نظریه ماکس پلانک هر کوانتوم نور با انرژی (E=hf) انتشار می یابد که –h- یک ثابت جهانی بوده و مقدار آن برابر است با ۶/۶۷ ضرب در ۱۰ به توان منفی ۳۴  است که یکای آن ژول × ثانیه است  و ( f ) نیز فرکانس کوانتوم نور می باشد ،

مشخص است که هر چقدر فرکانس بیشتر باشد مقدار انرژی کوانتوم نیز بیشتر می شود ، این کوانتومها می توانند مطابق دیدگاه پلانک با ضرایب مشخصی به الکترونهای اتم برخورد کرده و آنها را به مدارهایی بالاتر سوق بدهند ، از سوی دیگر در دیدگاه موجی نور گفته می شود که نور ترکیبی از امواج میدان های الکتریکی E و مغناطیسی B می باشد ،در دیدگاه ما امواج الکتریکی و مغناطیسی نور که با سرعت ۳۰۰،۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه حرکت می کنند ،در بازه های زمانی و مکانی مشخص در یکدیگر به گونه عمود تداخل می کنند ، در این نقاط تداخل امواج که لحظه ای و گذراست ، ذره یا همان فوتون متولد می شود ، اما این ذره ناپایدار است و با حرکت امواج EوB ذره ناپدید و از نو در بازه زمانی و مکانی دیگری ظاهر می شود ،

پس نور همواره در حال تبدیل موج به ذره و ذره به موج می باشد ، این فوتون ها که دارای جرم لختی یعنی جرم در حال حرکت می باشند و سکون وجود ندارد و  جرمشان قابل اندازه گیری می باشد. جرم این فوتونها همان جرم بنیادی جهان است که مقدار آن ربطی به فرکانس نور نیز ندارد در واقع فرمول پلانک ( E=hf) کاملا درست می باشد و تنها برداشت ما از آن است که اشتباه می باشد ، بر خلاف تصور همگان ما به (E=hf)نمی توانیم مفهوم بسته ای بودن و کوانتومی بودن بدهیم و آن را به صورت ذره تصور کنیم ، زیرا همان طور که می دانیم (f=⅟T ) و (T. E=h ) می شود پس ( E) به زمان تناوب ( T ) نیز بستگی دارد پس (E=hf) نمی تواند یک کوانتوم و یا یک ذره باشد چرا که یک ذره  یا یک کوانتوم در یک لحظه به الکترون برخورد می کند و آن را به مدار بالاتر گسیل می دارد و نیازی به زمان تناوب (T ) ندارد و اگر الکترون با کوانتوم ( E=hf) می خواست به مدار بالاتر صعود کند مطابق فرمول ( T. E=h) به یک ثانیه وقت نیاز داشت تا انرژی کوانتوم را دریافت کرده و به مدار بالاتر برود و این با مفهوم بسته ای بودن نور در تضاد است ،

در حقیقت آنچه را که ما می توانیم به عنوان یک کوانتوم ثابت در نظر بگیریم (h=E)می باشد که یک مفهوم ثابت و جهانی است و آنچه که الکترون را از مدار خود حرکت می دهد نه (E=hf) می باشد و نه (T. E=h) ، بلکه الکترون برای گسیل به مدار بالاتر نیاز به انرژی (E=nhf) دارد که( n) می تواند یک عدد درست و یا یک عدد کسری باشد ( ½́∙⅓∙⅔⅕∙⅗ …. ) ، این مقدار انرژی ( E=nhf) برای گسیل الکترون به مدار بالاتر در مدارهای مختلف اتم تفاوت می کند و ثابت نیست و الکترون در زمان ( T ) به مدار بالاتر جهش پیدا می کند ، این زمان بستگی به فرکانس موج دارد هر چه فرکانس موج بیشتر باشد زمان T ،( زمان گسیل الکترون به مدار بالاتر ) کوتاه تر خواهد بود ، فرکانس نور در واقع تعداد فوتونها یی می باشد که در یک ثانیه منتشر شده و می توانند به الکترون برخورد کنند و آنرا به مدار بالاتر در اتم بفرستند.

جرم و انرژی همه این فوتون ها در همه امواج گوناگون نور یکسان و ثابت بوده و قابل اندازه گیری می باشد. از نگاهی دیگر می توانیم بگوییم که ( E=hf) هنگامی می تواند به عنوان یک کوانتوم شناخته شود که ( f=1 ) باشد در این صورت ( E=h) را می توانیم به عنوان یک کوانتوم ثابت در نظر بگیریم که از ترکیب یک میدان الکتریکی E و یک میدان مغناطیسیB ( عمود بر هم ) بوجود آمده است ، و به زمان تناوب (T ) نیز بستگی ندارد و لذا می توانیم آنرا به عنوان یک ذره  یا بسته انرژی بدون زمان در نظر بگیریم .
(E=h) همانطور که پلانک آن را به دست آورده است یک مقدار ثابت و جهانی است و کوچکترین مقدار انرژی شناخته شده جهان می باشد ، ما می توانیم مقادیر دیگر انرژی را بر اساس آن و به عنوان مضرب درستی از آن تعیین کنیم ، ، جرم این کوانتوم ثابت و جهانی ( یا فوتون )که در حقیقت جرم بنیادی جهان نیز می باشد مطابق رابطه انیشتین (E=mc²)بدینگونه بدست می آید :
با فرض: f=1 داریم : E=h پس E=mc²=h
پس جرم یک فوتون که از ترکیب میدان الکتریکی- Bو E- بدست می آید و جرم بنیادی جهان نیز می باشد برابر است با :
M=h⁄c² kg ⁵⁹ ۷۷ × ۱۰ ⁻۷۳۶۱۷۷۷ =۱۰¹⁶۹×÷ M=6/6256×۱۰̄⁻³⁴

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *