دیدکلی
بحث در مورد
نور معمولا یا با استفاده از
ماهیت ذره‌ای نور و یا با استفاده از
ماهیت موجی نور صورت می‌گیرد. ماهیت ذره‌ای نور در قرن 17 کشف شد، ولی ماهیت موجی نور همچنان نامعلوم بود. در قرن 19 تحولات عظیمی در
علم نور ایجاد شد. بانی این تغییرات
یانگ بود. کار وی بعدها توسط دانشمندان دیگری چون
فرنل ،
فرانهوفر و... تکمیل شد.
تاریخچه
با وجود پیشرفتهای خوبی که تا قرن 19 در
علم فیزیک شده بود، ولی همچنان ماهیت نور بطور کامل معلوم نبود. تا این زمان نظریه نیوتن در مورد نور که آن را سیلی از ذرات توصیف می‌کرد، همچنان میداندار بود. در این زمان بود که توماس یانگ سنگ بنای
نور موجی را بنا نهاد. کشف ماهیت موجی نور به عنوان انقلابی عظیم در قرن 19 پیامدهای شگفت انگیزی در علم فیزیک ایجاد کرد.
نقش یانگ در انقلاب اپتیکی
در واقع یانگ را باید بانی اصلی کشف نور موجی دانست. یانگ در آغاز نشان داد که اگر نور یک اختلال موجی باشد، می‌تواند بر پاره‌ای از مشکلات ناشی از نظریه ذره‌ای نور غالب آید. برای نمونه یانگ پرسید که اگر نور ناشی از ذرات پرتاپ شده از جسم باشد، چرا باید همیشه ، چه نور جرقه سنگ چخماق و چه نور شدید خورشید ، با یک سرعت حرکت کند. پس آیا نباید
سرعت نور بسته به شرایط مولد نور باشد؟
از سوی دیگر اگر نور سیلی از ذرات است، چرا فقط قسمتی از آن در
عدسی می‌شکند و فقط قسمتی باز می‌تابد؟ یانگ با نظریه نور به عنوان اختلالی موجی و با این فرض که هر رنگ ناشی از امواجی با
طول موج مخصوص است، پدیده
حلقه‌های نیوتن را به آسانی توضیح داد. این حلقه‌ها موقعی دیده می‌شوند که
عدسی محدب با سطح کاملا صاف مثل
شیشه مماس شود.
یانگ با تشبیه کردن نور به
امواج دریا ، اظهار داشت که وقتی امواج به هم می‌رسند، بطوری که ارتفاع یکی روی ارتفاع دیگری می‌افتد، باید یک سری موج با ارتفاعهای بیشتر نتیجه شود. ولی اگر ارتفاع یکی با فرورفتگی دیگری توام شود، فرورفتگی باید کاملا پر شود. در مورد اول تشدید نور و در مورد دوم حذف نوری با طول موج خاص حاصل می‌گردد. اما این نظریه از این نیز فراتر رفت. بدینسان هنگامی که دو پرتو نور از یک
منبع ، با هم تلاقی می‌کنند،
پدیده تداخل رخ می‌دهد و نوارهای متناوب تاریک و روشن پدید می‌آید.
پیروزی مدعیان نظریه ذره‌ای نور
پدیده پراش ، یعنی
خمش نور در لبه اجسام ، یا پخش نور پس از عبور از روزنه‌ای کوچک بوسیله نظریه یانگ به سختی قابل توضیح بود. در سال 1808
لاپلاس مدعی شد که این
شکست نور به دو پرتو ، با نظریه ذره‌ای و با فرض اینکه ذرات به گروه با سرعتهای متفاوت تقسیم می‌شوند، قابل توضیح است. ولی یانگ همچنان بر نظریه موجی اصرار داشت. ناچار
آکادمی دیسانس برای کسی که بتواند پدیده مزبور را با نظریه ریاضی توضیح دهد، جایزه‌ای تعیین کرد.
لویی مالوس دعوت به مبارزه را پذیرفت. او در آغاز پژوهش به نکته‌ای تازه و شگفت انگیز برخورد. نوری که با زاویه معینی به سطح صیقلی باز می‌تابید، از بعضی جهات غیر عادی بود. طی این آزمایشات مالوس
قطبی شدن نور را کشف کرد و آن را با نظریه ذره‌ای نور توضیح داد. ولی این پدیده با نظریه یانگ قابل توجیه نبود. مالوس جایزه را برد و طرفداران نظریه ذره‌ای نور پیروز شدند.
نقش فرنل در انقلاب اپتیکی
پس از برنده شدن مالوس و پیروزی طرفداران نظریه ماهیت ذره‌ای نور به توجیه همین افراد جایزه دیگری از سوی آکادمی دسیاس ، این بار برای توضیح پدیده پراش تعیین شد. جایزه پراش را
آگوستین فرنل برد. این مهندس جوان که در دهه سوم زندگی بود، جوابهایی یافت که به سرنگونی نظریه ذره‌ای انجامید.
فرنل نیز پاسخ را در پدیده تداخل یافت. او با پیروی از
هویگنس فرض کرد که هر موج نور منشا موجکهای ثانوی می‌گردد. تداخل همین موجکها است که ما به صورت پراش نور می‌بینیم. سرانجام فرنل و یانگ ، با هم به کار پرداختند. در سالهای بعد ، این دو آزمایشاتی انجام دادند که نظریه ذره‌ای را غیر قابل دفاع ساخت.
معمای خطوط واسیاه
مساله دیگری که در زمینه نور در قرن 19 مطرح شد، کیفیت طیف نور بود.
نیوتن پیش تر نشان داده بود که
نور خورشید ترکیبی از تمام رنگها است. سپس
ولستن بر آن شد تا از کیفیت آن سر در آورد تا بتواند رنگها را از هم تفکیک کند. ولی برخلاف انتظار او رنگها از هم تفکیک نشدند. در عوض طیفی مرکب از تعدادی خطوط سیاه تشکیل شد. از همین جا ولستن به موضوع بی علاقه شد و کاری توسط او انجام نشد.
فرانهوفر و انقلاب اپتیکی
دوازده سال بعد فرانهوفر تصمیم به بررسی طیف نور خورشید گرفت. ولی نتایج حاصله آنچنان افسونش کرد که تصمیم گرفت 576 خط سیاه نازکی را که می‌توانست ببیند، ترسیم کند. سپس با استفاده از نظریه موجی یانگ ، فرنل طول موج خطوط تاریکتر را اندازه گرفت و نتیجه را به آکادمی مونیخ تقدیم کرد.
کار موبوط به خطوط طیف سیاه را دیگران نیز ادامه دادند و سرانجام
میلر ، استاد شیمی کالج لینگ در لندن ، با بررسی طیف نور خورشید در سال 1833 نشان داد که اگر نور خورشید در آزمایشگاه از گازهای مختلف عبور داده شود، خطوط سیاه اضافه‌ای پدید می‌آید و عموما به این نتیجه رسیدند که
خطوط فرانهوفر احتمالا ناشی از گازهای خورشید هستند.
نقش اسیتوارت و کیرشهف در انقلاب اپتیکی
در سال 1858
استیوارت نشان داد که اگر جسمی از خود اشعه‌ای با طول موج معین ساطع کند، بیشترین قابلیت را برای جذب اشعه‌ای با همان طول موج دارد. سرانجام استیوارت و
کیرشهف کشف کردند که خطوط روشن در زمینه تاریک ، ناشی از گاز ملتهب بوده و جای خطوط نشانگر ماده شیمیایی مولد آنها است. طیف پیوسته (مانند طیف خورشید) منبع را جامدی ملتهب یا گازی بسیار متراکم (مانند خورشید) نشان می‌دهد. خطوط تاریک روی چنین طیفی ناشی از گاز خنک تری است که بین منشا طیف پیوسته و مشاهده کننده واقع شده است. پیامدهای این دستاورد برای تجزیه شیمیایی بسیار بود.
مباحث مرتبط با عنوان