انتشار نور

اسحاق نیوتن بر این باور بود که نور جهت انتشار به محیط مادی احتیاج داردو چون خلا را نمی توانست عاری از ماده بداند آنجا را ماده ناشناخته ای به نام اتر معرفی می کرد و چگونگی انتشار را همان مکانیزم انتشار صوت می دانست

● نظریات اولیه:

اسحاق نیوتن بر این باور بود که نور جهت انتشار به محیط مادی احتیاج داردو چون خلا را نمی توانست عاری از ماده بداند آنجا را ماده ناشناخته ای به نام اتر معرفی می کرد و چگونگی انتشار را همان مکانیزم انتشار صوت می دانست.

بعد ازتولد ماهیت موجی نور این نظریه نقض شد. چون موج نوری در محیط خلا در غیاب ماده انتشار می یابد. امّا نیوتون دریافته بود که همیشه نور به خط مستقیم انتشار می یابدو با حضور پدیده های بازتاب و شکست در مرز ها و ردیابی پرتو در جهت عکس اصل بازگشت نور را ارائه داد.

بدین معنی که اگر پرتوی از یک جسم نورانی بر یک سطحی تابیده و در آن باز تاب یا فته باشد در آخر مسیر پرتو (مثلا شکست) چشمه مجازیی را درنظر بگیریم که وجود خارجی ندارد و مسیر پرتو را در جهت عکس بر گردیم به چشمه حقیقی می رسیم.

● نظریات مدرن:

با پیشرفت الکترو مغناطیس و ظهور شخصی چون ماکسول و ارائه نظریه الکترو مغناطیسی نور دیگرلزوم وجود محیط مادی بطور کلی کنار گذاشته شدو ایشان از روی معادلات بنیادی خود جهت انتشار اموج الکترومغناطیسی را جهت انتشار نور معرفی کرد. که سازگاری کامل با پدیده های نوری داشت.

امّا آلبرت انیشتین و پلانک که نور را به عنوان بسته های فوتونی پر انرژی در نظر گرفتند اصول کلی انتشار نور در محیط ها را نیز ارائه دادند و انتشار نور را ازروی خاصیت موجی نور توجیه نمودند زیرا اینها اصل مکملی نور را قبول داشتند و خاصیت ذره ای نور را برای توجیه برخی پدیده های کوانتومی رد نمی کردند.

● مکانیزم انتشار:

انیشتن اینگونه پیشنهاد نمود که سرعتی بالاتر از سرعت نور در خلا وجود ندارند و مقدار آن ثابت است. در حالت کلی تابش بسته های انرژی( کوانتوم های انرژی )است که با فرکانس معینی در محیط نیز به خط راست انتشار می یابد یعنی هم تولید نور در چشمه های نوری و هم در انتشارش در محیط به خط مستقیم صورت می پذیرد. امّا انتشار مستقیم الخط بودن نور در هدف ها ( گیرنده های نوری ) را آقای پلانگ هم با محاسبات دقیق و هم آزمایشات تأیید شده ، انجام داد.

چگونگی انتشار نور در محیط مادی را پلانگ چنین توجیه نمود که چون مواد شامل اتم هاست و اتم ها نیز ساختار دو قطبی ها را دارند در اثر تابش نور بر اتم، اتم شروع به نوسان می کند و نوسان تشدید آن وقتی اتفاق می افتد که فرکانس نوسان با فرکانس نور برابر باشد در چنین حالتی اتم تحریک شده در اثر میدان، نور جدیدی از خود تابش می کند این نور تابشی از اتمی به اتم مجاور اثر می کند که منحر به انتشار نور در محیط می شود. که از این پدیده در تولید لامپ ها بهره عملی برده اند.

● کاربرد مدرن:

انتشار نور در بلور ها نتایج و کشفیات ارزنده ای را ارائه داد بدین معنی که مبنای تشخیص حالت بلورین ماده ، تا آنجا که به خواص نوری مواد مربوط می شود. بر این پایه هست که بلور ها معمولا از لحاظ الکتریکی ناهمسانگرد هستند. یعنی قطبیدگیکه به وسیله یک میدان الکتریکی در یک بلور ایجاد می شود تنها ضریب ثابتی از میدان الکتریکی نیست بلکه به طریقی به جهت میدان در شبکه بلور بستگی دارد.

سرعت انتشار یک موج نوری در یک بلور تابعی از جهت انتشار و قطبیدگی آن نور است و آن ضریب ثابت رابط میدان و قطبش حالا دیگر یک تانسور نه مؤلفه ای برای بلور ناهمسانگرد می باشد . به یاد داسته باشید که همواره سرعت انتشار «سرعت نور) از سرعت فاز نور کمتر و در خلا بیشترین مقدارش را دارد که برابر آن است.

آلبرت انیشتین اثبات کرد که حاصلضرب سرعت انتشار در سرعت فاز برابر مقدار ثابت مجذور سرعت نور هست یعنی حاصلضرب اخیر همراه ناور را می ماند. که سرعت فازهمان سرعت ارتعاش و سرعت انتشار همان سرعت گروه موجی یا بسته موجی است که به یک فوتون نسبت می دهیم که همان سرعت انتشارش در محیط هاست.

در بلور ها برای یک امتداد معین دو مقدار سرعت فاز وجود دارد. این دو مقدار به قطبیدگی های متعامد امواج نور وابسته اند. برای همین گفته می شود بلورها دارای خاصیت شکست دو گانه یا دو شکستی هستند. ( همانند کریستال دو شکستی )امّا همه بلورها این خاصیت شکست دو گانه را از خود نشان نمی دهند و وجود این ویژگی در بلور بستگی به تقارن آنها دارد بلورهایی که تقارن مکعبی دارند مانند کلرور سدیم ، هرگز شکست دو گانه از خود نشان نمی دهند و از لحاظ نوری [بلورهای [همسانگرد|همسانگرد)) هستند. همه بلور های غیر مکعبی دارای خاصیت شکست دو گانه می باشند.

● الگوی مکانیکی:

الگوی عجیبی که برای قطبش پذیری ناهمسانگرد یک بلور ارائه شده الگوی فنری است به گونه ای که الکترونها توسط فنرهایی به اتم هایشان مقیدند این قید توسط فنرهایی مشابهت داده شده چون ساختار بلور نا همسانگرد است،این میزان نیروی بین هسته و الکترون در تمام اتم ها یکسان نیست، بنابرین سختی فنرها در جهت های مختلف جابه جایی الکترون از محل ترازمندیش در شبکه بلور متفاوت است پس جابه جایی الکترون از محل ترازمندیش در اثر یک میدان خارجی هم به مقدار آن و هم به جهت آن وابسته می باشد که الگوی بسیار مفیدی در انتشار نور در بلور های ناهمسانگرد است. که نورهای قطبشی را نیز با این الگو بررسی خواهیم کرد.

sciency.blogfa.com