نور و امواج الكترومغناطيس


مقدمه

امروزه مي دانيم كه نور يك موج الكترمغناطيسي است و بخش بسيار كوچكي از طيف الكترمغناطيسي را تشكيل مي دهد. بنابراين براي شناخت نور بايستي به بررسي امواج الكترومغناطيسي پرداخت. اما از آنجاييكه مكانيك كلاسيك قادر به توضيح كامل امواج الكترومغناطيسي نيست، الزاماً بايستي به مكانيك كوانتوم مراجعه كرد. اما قبل از وارد شدن به مكانيك كوانتوم لازم است با برخي از خواص نور آشنا شد و دليل نارسايي مكانيك كلاسيك را دانست. لذا در اين فصل دانش نور را تا پيش از ارائه شدن رابطه ي مشهور پلانك بررسي مي كنيم و در فصل جداگانه اي خواص امواج الكترومغناطيسي بعد از مكانيك كوانتوم و نسبيت بررسي خواهد شد.

خواص نور

نخستين مسئله اي مهم جلوه مي كرد اين بود كه نور چيست؟ از آنجاييكه عامل ديدن بود و در تاريكي چيزي ديده نمي شد، سئوال اين بود كه نور چيست؟ چرا مي بينيم و نور چگونه و توسط چه چيرزي توليد مي شود؟ بالاخره اين نظريه پيروز شد كه نور توسط اجسام منير نظير خورشيد و مشعل توليد مي شود. بعد از آن مسئله انعكاس نور مورد توجه قرار گرفت و اينكه چرا برخي از اجسام بهتر از ساير اجسام نور را باز تابش مي كنند؟ چرا نور از برخي اجسام عبور مي كند و از برخي ديگر عبور نمي كند؟ چرا نور علاوه بر آنكه سبب ديدن است موجب گرم شدن نيز مي شود؟ نور چگونه منتقل مي شود؟ سرعت آن چقدر است؟ و سرانجام ماهيت نور و نحوه ي انتقال آن چيست؟

نخستين آزمايش مهم نور توسط نيوتن در سال 1666 انجام شد. وي يك دسته اشعه نور خورشيد را كه از شكاف باريكي وارد اتاق تاريكي شده بود، بطور مايل بر وجه يك منشور شيشه اي مثلث القاعده اي تابانيد. اين دسته هنگام ورود در شيشه منحرف شد و سپس هنگام خروج از وجه دوم منشور باز هم در همان جهت منحرف شد.

نيوتن دسته اشعه خارج شده را بر يك پرده سفيد انداخت. وي مشاهده كرد كه به جاي تشكيل يك لكه سفيد نور، دسته اشعه در نوار رنگيني كه به ترتيب مركب از رنگهاي سرخ، نارنجي، زرد، سبز، آبي و بنفش است پراكنده شده است. نوار رنگيني را كه از مولفه هاي نور تشكيل مي شود، طيف مي نامند.

نيوتن نظر داد كه نور از ذرات بسيار ريز - دانه ها - تشكيل مي شود كه با سرعت زياد حركت مي كند. علاوه بر آن به نظر نيوتن نور در محيط غليظ باسرعت بيشتري حركت مي كند. اگر نظر نيوتن در مورد سرعت نور درست مي بود مي بايست سرعت نور در شيشه بيشتر از هوا باشد كه مي دانيم درست نيست.

هويگنس در سال 1690 رساله اي در شرح نظريه موجي نور منتشر كرد. طبق اصل هويگنس حركت نور به صورت موجي است و از چشمه هاي نوري به تمام جهات پخش مي شود. هويگنس با به كاربردن امواج اصلي و موجك هاي ثانوي قوانين بازتاب و شكست را تشريح كرد. هويگنس نظر داد كه سرعت نور در محيط هاي شكست دهنده كمتر از سرعت نور در هوا است كه درست است.