تبلیغات
فیزیک اول دبیرستان
فیزیک اول دبیرستان

 هریك از دو مفهوم ظاهرأ ناسازگار می تواندیك جنبه ی حقیقت را نشان دهد... آنها می توانند به نوبت در نمایش دادن حقایق بكار روند بدون آنكه  هرگزدر تعارض مستقیم باشند.

 

لوئی دوبروی

مقدمه

 

علم فیزیك یكی از شاخه های مهم علوم است تا آنجا كه دانشمندان آن را زیر بنای بسیاری از علوم تجربی می دانند.تاكنون تعریف های زیادی ازاین شده است.برخی از دانشمندان در تعریف آن می گویند:علم فیزیك علم تحقیق در خواص اجسام وقوانینی است كه به وسیله آن قوانین تغییر حالت وحركت اجسام، بدون تغییر ماهیت آنها مورد مطالعه قرار می گیرد. برخی از دانشمندان آن را علمی می دانند كه درباره اجزای اصلی تشكیل دهنده مواد و نیروهایی كه آن اجزا بر یكدیگر اعمال می كنند و نیز نتایج حاصل از اعمال این نیروها بحث می كند.

علم فیزیك تحت عنوان قدیم ترش یعنی، فلسفه طبیعی تا نیمه دوم قرن بیستم میلادی طیف وسیعی از علوم شامل می شد ولی به تدریج كه شاخه هایی به صورت علوم خاص (شیمی،نجوم،فلزات،هواشناسی و...)از آن جدا شدند،به مرزهای فعلی خود محدود شد.در حدود سال 1870.م نام جدید فیزیك جایگزین نام قدیم تر این علم شد.برخی از دانشمندان علم فیزیك راعلم انرژی نیز نامیده اند.

تا نیمه دوم قرن بیستم علم فیزیك تنها به3شاخه تقسیم می شد اما پیشرفتهای سریع و شگفت انگیز آن در نیمه دوم قرن بیستم بر تعداد شاخه های این علم افزود.گسترش دانش بشری در هر یك از شعبه های این علم آنچنان است كه حتی انسان های بسیار هوشمند به سختی می توانند در هر یك از آنها به مرحله تخصصی برسند و تردیدی نیست كه هر یك از این شاخه ها در آینده نزدیك، خود به شاخه های متعدد دیگر تقسیم می شوند.

پیدایش فیزیك نوین

سیر تحولات علم فیزیك تنها به رد شدن برخی از نظرات نیوتن درباره نور منجر نمی شد. در اواخر قرن نوزدهم،دانشمندان با پدیده های جدیدی روبه رو شدند كه قوانین و اصول شناخته شده در فیزیك از حل بسیاری از آنها عاجز مانده بود و لازم بود كه برای توجیه آنها طراحی جدید اعلام گردد.از همین رو دانشمندان علم فیزیك را به فیزیك كلاسیك و فیزیك نوین تقسیم كردند.اگر چه این بدان معنی نیست كه همه قوانین فیزیك كلاسیك بی اعتبار بوده است اما اكتشافات انسان در اواخرقرن نوزدهم در زمینه سرعت نور،پدیده فوتو الكتریك،طیف تابشی و جذبی گازها،تابش مداوم اتم ها،خاصیت رادیو اكتیویته با معادلات و روابط موجود در فیزیك كلاسیك قابل توجیه نبود و لذا فیزیك نوین جای فیزیك كلاسیك را گرفت.فیزیك كلاسیك متضمن كشف هایی در الكتریسیته و مغناطیس بود. فارادی پی برد كه از واكنش میان میدان های الكتریكی و مغناطیسی باید اختلالات الكتریكی متحركی به صورت موج،نتیجه شود.ماكسول به اندیشه های فارادی قالبی ریاضی داد و توانست سرعت حركت این امواج را حساب كند. معلوم شد كه این سرعت همان سرعت سیر نور است.او به این ترتیب،ماهیت الكترومغناطیسی امواج نور و گرما را محقق ساخت.آزمایش های تامس یانگ درباره ی تداخل نور ،ثابت كرد كه نور متشكل از امواج است نه ذرات .فرنل، ثابت كرد كه وقتی نور از سوراخ های ریز می گذرد وموانع را دورمیزند،الگوهای تداخلی (آثار پراش)بوجود می آید.در آغاز قرن نوزدهم رامفورد نشان داد كه گرما نوعی انرژی است و كارنو با سیكل كارنو، علم ترمودینامیك را بنیان نهاد.این مبانی به نظریه ی جنبشی گازها انجامیدوعلاوه بر این ،مفهوم آنتروپی از آنها زاده شد.

در اواخر قرن نوزدهم به نظر میرسید كه دیگر چیزچندانی برای كشف كردن باقی نمانده است؛اما چند كشف بزرگ همه چیز را تغییر داد:كشف الكترون و پرتو رونتگن یا پرتوxو نظریه كوانتا موجب پدید آمدن فیزیك نوین گشت كه در ادامه به شرح آن می پردازیم.

امروزه برای همه دانشمندان این موضوع روشن شده است كه هیچ كس نمی تواند مانند گذشته خود را «علامه» یا«جامع العلوم» بداند و بخواهد در چندین رشته علمی متخصص وكارشناس شود.

فیزیك نور

از میان همه ی شاخه های فیزیك، بی گفتگو مبحث نور شاخه ای  است كه كار تحقیق در آن از همه بیشتر پیش  رفته است. 

ماكس پلانك

مطالعه ی نور از دوران تمدن یونان باستان آغاز شداما دانشمندان یونانی دستاوردهای چندانی در این زمینه نداشتند.نور شناسی در سده ی17 بیش از همه ی رشته های فیزیك جز مكانیك پیشرفت كرد.در اوایل سده ی 17 عینك سازان هلندی با آزمایش و روی هم نهادن عدسی ها سرانجام به اصول تلسكوپ و میكروسكوپ پی بردند.در دوران شكوفایی تمدن اسلامی چند تن از دانشمندان به پژوهش درباره ی نور پرداختند كه مشهورترین آنان ابو علی حسن بن الحسن بن الهیثم بصری (354-430ه ق)مشهور به ابن هیثم، ریاضیدان،طبیب وفیزیكدان بصره ای است.ابن هیثم در بصره متولد شد و در همان جا به تحصیل علوم ریاضی و طبیعی پرداخت ودر رشته ی نور شناسی به مقام استادی رسید.

علاقه ی ابن هیثم به فنون مختلف و مهارت در ساختن و به كار بردن ابزار مكانیكی او را به شهرت رسانیدبه طوریكه خلفای فاطمی او را به مصر دعوت كردند تا با ارائه روش های فنی از طغیان هر ساله رود نیل كه موجب ضررهای بسیار میشد جلوگیری كند.

تعداد آثار باقیمانده از ابن هیثم در فیزیك،نجوم وریاضیات بالغ بر دویست تالیف بوده است و علاوه بر تالیف های شخصی شرح هایی بر كتاب های ارسطو و جالینوس نوشته است.ابن هیثم در مهمترین كتابش در مورد نور شناسی،دركتاب المناظر ،پدیده های شكست ،بازتابش نور،سرعت نور در محیط های شفاف متفاوت ،اتاق تاریك و نیز رنگین كمان را مورد مطالعه قرار داده است.ابن هیثم در مورد آینه های سوزان مدور نوشته است:«اشعه ی خورشید ،به خط مستقیم پیش می آیندو بر هر سطح صیقلی به زاویه های مساوی انعكاس پیدا می كنند ،یعنی شعاع های تابش وانعكاس با خطی كه در نقطه ی تابش بر سطح منعكس كننده مماس شده و درسطح انعكاس باشد،زاویه های مساوی می سازند».

شكست نور ونتایج حاصل از آن

یوهانس كپلر (1571-1630م)منجم وریاضیدان آلمانی ومؤسس واقعی علم نجوم تلاش زیادی برای پیدا كردن قوانین شكست نور انجام داد ولی چندان موفقیتی به دست نیاورد.رنه دكارت(1596-1650م)فیلسوف ،ریاضیدان و عالم فرانسوی در این مورد به كوشش هایی دست زد.دكارت با كشف قانون صحیح شكست نور،هلندی ها را به ساختن عدسی هایی با كیفیت های عالی توانا ساخت.

دكتر ابوالقاسم قلمسیاه درباره ی نظرات رنه دكارت راجع به قانون های شكست نور می نویسد:

«....[دانشمندان]،شكست نور را از مدت ها پیش می شناختند و تلاش زیادی برای پیدا كردن قوانین آن به عمل آمده بود ولی همیشه نا موفق بودند.الحسن دانشمند فیزیكدان اسلامی هم آزمایشهای نسبتأ دقیقی در این زمینه انجام دادو كار اندازه گیری را تا زاویه تابش 180 درجه ادامه داد ونسبت بین زاویه های فرود و شكست را حساب كرد.كپلر نیز به این كار راغب شد،ولی هیچكدام نتوانستند رابطه ی مشخصی را بدست آورند.سرانجام دكارت در سال 1617م. قانون شكست نور(sini=nsinr )را كه در كشور فرانسه به نام خود او معروف شد بیان كرد،او نور را متشكل از ذرات ریزی در نظر گرفت كه در محیط چگالتر تندتر از هوا حركت می كنند.ولی پیردوفرما (1601-1665م.)ریاضیدان فرانسوی ،این نظریه را مورد انتقاد قرار داد:فرما قانون را پذیرفت ولی توجیه آن را رد كرد(خیلی جالبه !.....)در مقابل،اصل مهمی را بیان كرد كه به نام خود او اصل فرما نامیده می شود،و طبق این اصل، نور برای رفتن از یك نقطه به نقطه دیگر همواره مسیری را می پیماید كه زمان آن مینیمم است.قانون شكست از این اصل با این شرط نتیجه گرفته شدكه نور برعكس نظریه دكارت،هوا را تندتر از آب سیر می كند.این اختلاف نظر بین دكارت وفرما نزاع سختی به وجود آوردو هر یك از آنان به شدت از نظریه خود دفاع می كردند.مردم می بایستی منتظر فرا رسیدن قرن نوزدهم میلادی می بودند تا با دادن حق به فرما به این اختلاف نظر خاتمه داده شود.

به هر صورت،دكارت به كمك قانونش توانست به درستی پدیده ی رنگین كمان را با تعقیب مسیر واقعی پرتوهای نور درون قطره های آب معلق در هوا تشریح كند.در آن زمان هنوز حساب دیفرانسیل طرح نشده بود .او روش شجاعانه ای بكار برد:از این قرار كه ده هزار پرتو نور موازی كه بطور منظم درجه بندی شده بودند روی یك قطره ی كروی تاباند و با تعقیب هر یك ازآنها همه ی زوایای خروجی را حساب كرد و پی برد كه پرتوهای ورودی به ازای زاویه 30و41 در دانه باران انبار می شوند ودر نتیجه شكل و مقطع رنگین كمان اول را توضیح داد و همین كار را برای رنگین كمان دوم نیز كرد.این نتایج توسط نیوتن كامل شد و او تجزیه نور را تشریح كرد.

قانون شكست نور كم كم این امكان را به وجود آورد كه طرز كار عدسی ها و در نتیجه اسباب های اپتیكی عدسی دار و همچنین اعمال چشم مورد دقت قرارگیرند.پدیده های رؤیت بهتر درك شدند.كپلر اطمینان حاصل كرد كه قاعدتأ از یك شئ تصویری معكوس بر روی پرده شبكیه تشكیل می شود.این فكر توسط شینر به اثبات رسید،به این طریق كه وی چشم گاو را گرفت و پوسته روی آن را تا شبكیه برداشت و آن را به طرف نور چرخاند و دید كه تصویری واضح و معكوس تشكیل می شود .همین محقق پی بردكه تطابق با فاصله،در اثر تغییر تحدب عدسی چشم صورت می گیرد.ماریوت(1620-1684م.)نیز كشف كرد كه محل ورود عصب بینایی یك نقطه كور است.

در نیمه قرن هفدهم میلادی تصور می رفت كه همه چیز درباره ی شكست نور گفته شده است.ولی در سال1669م.یك نفر دانماركی به نام پارتولین موضوع تازه ای را كشف كرد:وی ضمن امتحان یك بلور اسپات دیسلند،كه توسط خریداران آن به كپنهاگ باز آورده شده بود،مشاهده كرد كه از پشت آن تمام اشیاء مضاعف دیده می شوند.پدیده شكست مضاعف ،مورد سوال دانشمندان قرار گرفت و آنان را سخت مشغول داشت  ولی تا قرن نوزدهم بدون جواب ماند».

از جمله تحقیقاتی كه در زمینه ی فیزیك نور در آغاز قرن نوزدهم میلادی صورت پذیرفت پژوهشی بود كه در سال 1802م. توسط ویلیام هرشل(1738-1822م.)انجام گرفت.هرشل مطالعات خود را بر روی طیف نوری امواج الكترومغناطیس انجام داد.البته این در حالی بود كه او از ماهیت امواج الكترومغناطیس آگاهی نداشت و صرفأ تحقیق خود را بر روی نور خورشید كه خود نوعی از امواج طیف نوری الكترومغناطیس  می باشد متمركز نمود.ولی مشاهدات خود را در زمینه ی تولید حرارت نور خورشید كه ناشی از بخش مادون قرمز آن است انجام داد. مقارن همین اوقات دو دانشمند دیگر به نام های یوهان ویلهلم ریتر(1776-1810م.)وبعد از او ولستن(1766-1828م.)تحقیقاتی در زمینه ی اثرات شیمیایی بخش ماوراء بنفش  نور خورشید انجام دادند.آنان دریافتند كه اثر شیمیایی نور(مثلا سیاه كردن كلرور نقره)تا ناحیه ی فرابنفش ادامه دارد.

ماهیت نور

   

در سده ی 17 سه فرضیه رواج داشت:ذره ای ،طولی و عرضی. هر سه فرضیه روح مكانیكی آن عصر را باز می تافتند؛زیرا هر سه ی آنها نور را به اعتبار ماده و حركت تفسیر می كردند.

نظریه موجی نور:        این نظریه نخست در سال 1665م.توسط رابرت هوك فیزیكدان انگلیسی مطرح شد و دو سال بعد كریستیان هویگنس هلندی آن را به صورت كامل تری بیان كرد.در سال 1873م.ماكسول ثابت كرد كه نور از جنس امواج الكترومغناطیسی با طول موج كوتاه است.

نظریه ذره ای نور:        آیزاك نیوتن فیزیكدان،ریاضیدان وفیلسوف انگلیسی طرفدار نظریه ذره ای نور بود.اما این نظریه در سال 1801م.از اعتبار افتاد زیرا كه تامس یانگ فیزیكدان و پزشك انگلیسی  با آزمایش های خود اعتبار نظریه موجی را بیشتر كردو نظریه ذره ای را عقب راند.او با پژوهش پیرامون تداخل(interference) وپراش (diffraction)دلایل تازه ای به سود نظریه موجی بدست آورد. او و هویگنس هم عقیده بودند كه امواج نور،طولی است واز نوسان های سریع فشار در اتر پدید می آید.تامس یانگ در نوجوانی زبان های لاتینی،فرانسوی،ایتالیایی حتی عربی و فارسی را فرا گرفت. سپس به تحصیل پزشكی پرداخت.یانگ در ضمن تحصیل پزشكی مطالعاتی روی چشم مخصوصا اثر رنگ های قرمز و بنفش بر آن انجام داد.وی در باره ی سازوكار(مكانیسم)صدای انسان نیز مطالعاتی به عمل آورد.

وی بعد متوجه نورشناسی(اپتیك)شد و نشان داد كه بسیاری از آزمایش ها ی نیوتن درباره ی نور را می توان با نظریه ی موجی نور به آسانی توجیه كرد.او با آزمایش هایی كه انجام داد پدیده تداخل را توضیح داد،ولی درسال 1801م. نظرات خود را به انجمن سلطنتی انگلستان عرضه كرد با بی تفاوتی همكاران خود كه به نظریه های پیشین پایبند بودند مواجه شد.یانگ به جای اینكه روی فرضیه ی خود پافشاری كند وآن را به دقت اثبات نماید اپتیك را رها كرد و به مطالعه ی شاخه دیگری از دانش زمان خود پرداخت.(احتمالا یكی از علل روی آوردن یانگ به شاخه های متعدد علم و رها كردن آنها بدون نتیجه گیری عمیق ودقیق ،همین عدم ثبات او در پیگیری كامل موضوع  مورد مطالعه اش بوده است).

یكی دیگر از دانشمندانی كه درباره ی نور مطالعاتی انجام داد اتین لوئی مالوس (1788-1812م.)افسر مهندس و فیزیكدان فرانسوی بود.مهمترین كشف وی كشف نور پولاریزه یا نور قطبیده بود این كشف بزرگ در سال 1808م.انجام شد.

كشف بزرگ فرنل

یكی از دانشمندان پیشتاز در پژوهش های مربوط به نور اگوستین ژان فرنل (1788-1827م.)فیزیكدان سخت كوش فرانسوی است كه با آزمایش هایی كه در زمینه تداخل و انكسار مضاعف انجام داد توانست نظریه ی موجی نور را ثابت كند.

فرنل هم نظریه پرداز بود و هم آزمایشگری قابل. وی ابتدا هیچ وسیله ای برای آزمایش نداشت، اما با استفاده از نبوغ خود دو آینه ساخت(آینه هایی كه به آینه فرنل معروف می باشند) و از طریق آنها توانست نظریه ی موجی نور را شرح دهد. وی به تدریج وسایل تازه دیگری برای آزمایش های خود ساخت. او با این وسایل جدید  و با كوشش شبانه روزی توانست به مسئله پراش نور و آزمایش روی آن و شرح این پدیده بر اساس همان نظریه موجی نور بپردازد. فرنل برای توجیه این پدیده چنین فرض كرد كه ارتعاشات امواج نور در راستای انتشار آنها صورت نمی گیرند بلكه عمود بر راستای انتشارند، به عبارت دیگر،ارتعاشات نوری عرضی هستند نه طولی.

فرنل توانست از یك طرف نظریه كاملی بر پایه محاسبات ریاضی وضع كند و از طرف دیگر آزمایش هایی بسیار عالی طرح ریزی نماید كه مبین نتایج پیشگویی شده به وسیله نظریه ،حتی در مواردی كه متناقض به نظر می رسیدند،باشند.نظریه او به سرعت در سطح جهانی پذیرفته شد.

به نظریه فرنل اشكالاتی نیز وارد بود. در واقع نظریه او در توجیه بعضی ازپدیده ها ناكار آمد بود. اما از آنجایی كه این نظریه در زمان فرنل در توجیه بسیاری از پدیده ها ی نوری موفق بود لذا دانشمندان معاصر او این نظریه را به عنوان مرجع اصلی در توجیه پدهده های نوری قرار دادند.

   

اندازه گیری سرعت نور

در زمینه اندازه گیری سرعت نور دو فیزیكدان فرانسوی نقش مهمی داشتند.این دو تن ژان برنارلئون فوكو(1819-1868م.)و لویی فیزو(1819-1896م.)نام داشتند. آنان ابتدا با هم كار می كردند ولی پس از مدتی از هم جدا شدند. این جدایی موفقیت هر دوی آنها را به تاخیر انداخت. فیزو قبل از فوكو در این اندازه گیری موفق شد. او با روش چرخ دندانه دارش زمان رفت و برگشت نور را در یك فاصله ی  هشت كیلومتری كه كمتر از ده میلیونیم ثانیه بود اندازه گرفت و سرعت انتشار نور را 315300كیلومتر در ثانیه به دست آورد.

یك سال بعد، فوكو  روش آینه چرخان را ، كه بسیار دقیق تر بود ، ابداع كرد. این روش امكان میداد  كه زمان رفت وبرگشت نور را در فاصله  چند متری اندازه بگیرند. فوكو با این روش سرعت نور را 298187كیلومتر بر ثانیه بدست آورد كه نسبتا دقیق تر بود.(امروزه سرعت نور  مورد قبول c=299792.458 كیلومتر بر ثانیه برآورد شده است).

علاوه بر این ،روش فوكو امكان اندازه گیری در فواصل بسیار كوتاه را داشت و می توانست سرعت نور را در محیط های دیگر اندازه گیری كند.

از 1830م. ماسدونیو ملونی به كمك پیل گرما-برقی (ترمو الكتریك)كه خود مخترع آن بود،به تحقیقات طولانی روی پرتوهای فروسرخ(زیرقرمز)پرداخت؛او نشان داد كه بازتابش و شكست این پرتوها درست مانند نور معمولی است و نتیجه گرفت كه آنها پرتوهای نامرئی نور هستند.به موازات این تحقیقات،كارهایی نیز روی پرتوهای فرابنفش انجام گرفت و سبب شد كه این پرتوها نیز به عنوان نور نامرئی شناخته شوند.

این پژوهش ها تاثیر فوق العاده ای بر كشفیات شاخه دیگری از علم فیزیك ،یعنی اختر فیزیك داشت.درواقع تجزیه و تحلیل طیفی سرآغاز پیشرفت های عظیم در نجوم بود.در میان ابهاماتی كه بر نخستین اكتشافات سایه افكنده بودند یكی از آنها مدت طولانی بی پاسخ ماند و آن وجود خطوط تاریك در طیف خورشید بود.حل مسئله به صورت مطلوب توسط دو دانشمند آلمانی :گوستاو روبرت ویلهلم كیرشهف(1824-1887م.)و روبرت ویلهلم بونزن(1811-1899م.)صورت گرفت كه همكاری طولانی و تنگاتنگ داشتند. آنان برای این منظور از طیفنما(اسپكتروسكوپ)كه توسط كیرشهف اختراع شد،و از یك مشعل خاص كه سازنده آن بونزن بود (مشعل بونزن) استفاده كردند . آنان صریحا اعلام نمودند كه هر جسم ساده (عنصر) دارای خطوط طیفی مشخص مخصوص به خود می باشد كه بستگی به طریقه بررسی آن جسم ندارد.بدین وسیله طریقه ی آسانی برای تجزیه و تحلیل یك جسم از راه مطالعه ی دقیق خطوط تاریكی كه در طیف جذبی اجسام تشكیل می شد در 1860 كشف كردند كه یك عنصر دقیقا همان پرتوهایی را جذب می كند كه می تواند آنها را گسیل دارد..این پدیده مهم وجود خطوط تاریك در طیف خورشید را توضیح می داد و ثابت می كرد كه جو خورشید از همان عناصری تشكیل شده است كه در زمین وجود دارند.

بدین ترتیب آنالیز طیفی به ظهور رسید؛فیزیك،كاربرد جدیدی در شیمی پیدا كرد و آن كشف عناصر جدید از راه مطالعه دقیق خطوط طیفی آنها بود:در1860م. بونزن و كیرشهف نمك طعام ناحیه استاسفورت (نام منطقه ای در كشور آلمان)را مورد آزمایش قرار دادندوخطوط  ناشناخته ای را در طیف حاصل از آن كشف كردند؛در نتیجه به وجود اجسام ناشناخته ای در این نمك پی بردند وپس از عمل جداسازی طولانی ،دو عنصر روبیدیم وسزیوم را از آن اخراج كردند . شیمیدانان دیگر ،روش موثر آنان را تعقیب نمودند ؛از جمله سرویلیام كروكس فیزیكدان وشیمیدان انگلیسی(1832-1919م.)عنصر تالیوم را در 1862 كشف كرد؛عنصر ایندیوم در 1864م. توسط رایش و ریشتر آلمانی و عنصر گالیوم در 1876م. توسط لوكوك _دو_بوآبودران فرانسوی كشف شد.

ستاره شناسان نیز از این روش استقبال كردند؛ با استفاده از طیفنما در وسایل كار خود ، توانستند طیف های ستارگان مختلف را مورد بررسی قرار دهند و تركیب شیمیایی آنها را ، كه نیم قرن پیش حتی تصور آن را نمی كردند و افسانه بود،پیدا كنند.

در1868 سر جوزف نورمن لاكیر منجم انگلیسی (1836-1920م.)(كه از پیشروان تحقیق طیفی در ستارگان است)و ژول ژانسن منجم و فیزیكدان فرانسوی (1824-1907م.)(كه ماموریت های علمی متعددی از جمله تعیین استوای مغناطیسی در كشور پرو و مطالعه در مغناطسی زمین در جزایر آسور انجام داد و رصدخانهای در مونمارتر تاسیس كرد)همزمان خطوط طیفی غیر منتظره ای در طیف خورشید مشاهده كردند و به وجود عنصر ناشناسی در اطراف خورشید پی بردند كه هلیوم نامیده شد؛این نتیجه در 1895م.توسط سرویلیام رمزی شیمیدان اسكاتلندی (1852-1916م.)كه هلیوم را كشف كرد،مورد تایید قرار گرفت.

علاوه بر اینها، به كمك طیفنمایی سرعت حركت ستارگان نسبت به زمین معین شد: كریستیان یوهان دوپلر (1803-1853م.)،فیزیكدان و ریاضیدان اتریشی در سال 1842 اصلی را بیان كرد كه به موجب آن ارتفاع صوتی كه به گوش یك شنونده می رسد در نتیجه حركت نسبی شنونده و منبع تولید صوت تغییر می كند (اثر دوپلر)؛در1848فیزو این اصل را در مورد امواج نور تعمیم داد،از همین رو اصل تعمیم یافته ی دوپلر را اصل دوپلر-فیزو نیز می نامند.تغییر بسامد(فركانس)نوری كه از ستارگان به زمین می رسد به جابجایی جزئی خطوط طیفی آنها و در نتیجه تغییر طول موج مربوط به این خطوط تعبیر می شود كه منجر به اندازه گیری سرعت حركت ستاره در امتداد شعاع رؤیت آن می گردد.بر این اساس ،در 1868م. برای نخستین بار سرعت حركت یك ستاره اندازه گرفته شد.

نظریه ی كوانتومی نور كه فرض می كندنور متشكل از جریان ذرات بسیار كوچك یا كوانتومها است در 1900توسط ماكس پلانك پیشنهاد شد تا حقایقی جدید را توضیح دهدو لذا آغازگرانقلابی جالب شدكه فیزیك قرن نوزدهم را به كلی دگرگون كرد.

اما این سؤال همچنان باقی ماند كه آیا نور را باید به عنوان ذرات توصیف كرد یا امواج.بعضی خواص-به عنوان مثال تفرق وتداخل- پدیده هایی موجی بودند كه می توانستند فقط با امواج همراه باشند.از طرف دیگر، روشی كه نور با سیستم های اتمی تعامل دارد پدیده فوتوالكتریك و وجود خطوط طیفی منفصل،بر حسب ذرات قابل توصیف بود.پس ووضعیت های متفاوت مستلزم توصیف های متفاوت و ظاهرا متناقض بود.

با پیشرفت نظریه كوانتوم، ریاضیات تا حدی به نجات آمد.نوشتن معادلاتی امكان پذیر شد كه بیانگر بسته های موج هستند،گروه هایی از موج كه در فضا محدود شده اند چنان كه گویی ذراتی هستند.سپس معادله ی شرودینگر ارائه شد كه طبیعت موجی رفتار ماده را توصیف می كرد،وبالاخره معادله ای توسط پال دیراك عرضه شد كه تابش الكترومغناطیسی و مكانیك كوانتومی را به شیوه ای فوق العاده دقیق وفق می داد.

دیراك به طور قاطع به توضیح ریاضی اش چسبید،و با دقت از معرفی هر نوع مدل تصویری یا تصویر ذهنی از پدیده های توصیف شده به وسیله ی علائم ریاضی پرهیز كرد؛ او توضیح داد كه تصاویر ذهنی را نمی توان بدون وارد كردن كمیات نامربوط تبیین كرد.

تصاویر ذهنی یا مدل های فیزیكی ،علیرغم محدودیت هایشان،بخشی اساسی از شناخت علمی ما را تشكیل می دهند.گرچه دوگانگی نهفته در طبیعت نور پذیرفته می شود،وگرچه نظر معتبری داریم كه در چه شرایطی مدل موجی یا ذره ای نور را می توان بكار برد،در سطح توصیف مدل، پارادوكسی كه به وسیله ی دو مدل متضاد مطرح می شود باقی می ماند.



ارسال در تاریخ جمعه 1389/10/3 توسط علی پاییزی
قالب وبلاگ