رنگها و موجها

بدون تردید نور خورشید یكی از مهمترین نیازهای زندگی روی كره زمین است. اما دامنه ویژگیهای آن تنها به ایجاد زندگی و حیات در میان جانداران ختم نمی‌شود. در سال ۱۶۶۵ میلادی ، دانشمند بیست و سه ساله انگلیسی به نام آیزاك نیوتن به مطالعه نور مشغول بود. او در یك روز آفتابی و درخشان ، شیشه‌های اطاق را به كمك پرده‌هایی ضخیم و بسیار تیره مسدود كرد، به گونه‌ای كه اطاق كاملا تاریك شد و از میان شكاف كوچكی در میان یكی از پرده‌ها ، باریكه‌ای از نور به درون اطاق می‌تابید. او این باریكه نور را از میان یك قطعه شیشه به شكل مثلث ، كه منشور نامیده می‌شود، عبور داد. باریكه نور با گذشتن از میان منشور ، در مسیرش خمیده شد و شكست پیدا كرد.
● شكست نور در منشور
نوری كه از منشور بیرون آمده بود در راستایی سیر می‌كرد كه اندكی با راستای وارد شدنش به منشور تفاوت داشت و به دیوار مقابل می‌تابید. جالب آنكه ، هنگامی كه نیوتن منشور را از سر راه نور بر می‌داشت، باریكه تنها لكه گرد سفید رنگی را روی دیوار ایجاد می كرد، در حالی كه وقتی منشور در مسیر باریكه نور می‌رفت، باریكه نور پخش می‌شد و به صورت رنگین كمان در می‌آید! در یك سر این رنگین كمان نور سرخ و در انتهای دیگر نور بنفش دیده می‌شد و در میان آنها رنگهای نارنجی ، زرد ، سبز و آبی قرار داشت. ما اینگونه رنگها را در اطراف خود می‌بینیم و قادریم آنها را لمس كنیم، در حالی كه نیوتن قادر نبود نور را لمس كند، به همین دلیل بود كه او نوار نور رنگی را طیف (Spectrum) نامید كه در زبان لاتین به معنای روح است!
● به راستی این رنگها از كجا می‌آیند؟!
نیوتن دریافت آن چیزی را كه چشمهای ما به عنوان نور سفید می‌بینند در حقیقت مخلوطی از رنگهای گوناگون است كه شكست آنها پس از منشور یكسان نیست و برای نور سرخ از همه رنگهای دیگر كمتر و برای نور بنفش از همه بیشتر است. نیوتن برای اثبات شكستهای متفاوت از دو منشور استفاده كرد و دوباره توانست نور سفید را بدست آورد. اما هنوز یك سوال دیگر باقی بود و آن این بود كه چرا نور باید، رنگهای مختلفی را دارا باشد؟!
● جنس نور
نیوتن به دنبال جنس نور بود. دو نظریه در این زمینه وجود داشت:
۱) آنكه نور از مجموعه‌ای از ذرات تشكیل شده است كه بر خطی راست و به سرعت در حال حركتند
۲) دوم آنكه نور مجموعه‌ای از امواج است كه بسیار كوچكند و در مسیری مستقیم حركت می‌كنند. نكته بسیار قابل توجه در مورد امواج این بود كه آنها می‌توانند خمیده شوند، این امر زمانی رخ خواهد داد كه امواج با موانع برخورد كنند.
شما می‌توانید خمیده شدن امواج آب را در برخورد با موانع ببینند. همچنین صدایی را كه در یك طرف كنج دیوار می‌شنوید، می‌توانید در طرف دیگر آن كنج نیز گوش كنید، پس امواج صدا باید در اطراف آن كنج خمیده شده باشند. از سوی دیگر می‌دانید كه اگر نور به یك طرف كنج بتابد خمیده نمی‌شود، به عبارت دیگر شما نمی‌توانید شخصی را از طرف دیگری ‌از كنج دیوار مشاهده كنید.
به همین دلیل بود كه نیوتن تصور می‌كرد، نور جریانی از ذرات متحرك كوچك است، نه جریانی از امواج. اما همه دانشمندان با او موافق نبودند. یك هلندی به نام كریستین هویگنس نظریه موجی بودن نور را قبول داشت.
او عقیده داشت كه امواج كوچك بسادگی امواج بزرگ خمیده نمی‌شوند و اگر نور از امواج بسیار كوچك تشكیل شده باشد، به هیچ وجه خمیده نخواهد شد! او با نیوتن مخالف بود، هر چند كه بسیاری عقیده داشتند كه نیوتن بزرگترین دانشمند جهان است.
با این حال ، حتی ممكن است بزرگترین دانشمند جهان هم دچار اشتباه شود. شخصی به نام یانگ این مشكل را حل كرد. او در كار طبابت و تنظیم دایرهٔ المعارف بریتانیكا استاد بود و ختی نوشته‌های مصریان را برای نخستین بار ترجمه كرد. با این وجود علاقه بسیاری به آزمایشهای مربوط به نور داشت. یانگ صوت را مطالعه كرد و فهمید هنگامی كه دو صدا به هم می‌رسد، از هم می‌گذرند.
گاهی اوقات یك صدا ، صدای دیگر را كاملا حذف می‌كند. اما اگر موجهای صدا طولهای متفاوتی داشته باشند، موج بلندتر از موج كوتاهتر جلو می‌افتد و برای مدتی ، صدا بلندتر از حالت عادی خواهد شد، اما مدتی بعد سكوت برقرار می‌شود و این امر پی در پی ادامه خواهد داشت. اگر نور جریانی از ذرات باشد، این وضع پیش نمی‌آید، زیرا یك ذره نمی‌تواند دیگری را حذف كند. در سال ۱۸۰۱ میلادی ، یانگ با فرستادن یك باریكه نور از دو شكاف باریك متفاوت بسیار نزدیك به هم آزمایشی انجام داد.
● آزمایش دو شكاف یانگ
در این آزمایش دو باریكه نور خارج شده از شكافها ، ابتدا اندكی پخش می‌شدند و هنگامی كه به دیوار می‌رسیدند، بر هم می‌افتادند. ممكن است تصور كنید كه در جایی كه دو باریكه نور بر هم می‌افتند، نور بیشتری وجود خواهد داشت و بنابراین دیوار روشنتر از جاهایی خواهد بود كه باریكه بر هم نیفتاده‌اند، اما به هیچ وجه چنین نیست. در جاهایی كه دو باریكه بر هم می‌افتند، نوارهای روشن و تاریك متناوبی ایجاد می‌شود.
باریكه‌های نور در نقاطی همدیگر را حذف می‌كنند و در نقاطی دیگر بر هم اضافه می‌شوند و این عمل بصورت متناوب و درست همانند صوتهای موسیقی و تغییرات آنها صورت می‌گیرد. هنگامی كه دو باریكه نور همدیگر را حذف می‌كنند، می گوییم كه باریكه ها با هم تداخل كرده اند، یا اینكه تداخل ایجاد شده است. به این ترتیب نوارهای روشن و تاریك "فریزهای تداخلی" نامیده می‌شوند. با این آزمایش مسأله حل شد و معلوم گردید كه حق با هویگنس است و نیوتن اشتباه می‌كرده است.
● طول موج نور
نور از موجهایی بسیار ریز تشكیل شده است. یانگ از روی پهنای فریزهای تداخلی توانست طول یك موج نور را محاسبه كند. این طول را طول موج می‌نامند. با این محاسبه معلوم شد كه طول موج نور حدود ۲۰۰۰۰/۱ سانتیمتر است. البته همه امواج نور دارای طول یكسانی نیستند. نور سرخ بلندترین طول موج را دارد و نور بنفش كوتاهترین طول موج را دارا است. هر قدر طول موج كوتاهتر باشد، نور بیشتر شكسته می‌شود و به همین دلیل است كه منشور رنگها را از هم جدا می‌كند.

منبع : شبکه فیزیکی هوپا