نور از آن دسته دیدگاه‌ها و مواردی است که همیشه در دسترس ما بوده است و این در دسترس بودن باعث شده بسیار بدیهی به نظر برسد. حالا اما جزئيات این نوری که همیشه و هر لحظه در دسترس ماست، چیست؟ از کجا می‌رسد و چطور می‌تواند محل زندگی ما را روشن کند؟
این مطلب از مجله بروکس قرار است شما را با مبحث نور، تعریف نور برای کودکان و هرآنچه باید درباره آن بدانید، آشنا کند. برای کسب اطلاعات بیشتر همراه ما باشید.
نور چیست؟
اگر سراغی از تاریخچه روشنایی قبل از تولید الکتریسته بگیرید، به این نتیجه می‌رسید که نور همیشه در زندگی افراد وجود داشته است، حتی وقتی که نمی‌دانستند این نور حاصل از چیست.
نور یا همان نور مرئی، صورتی از انرژی است که توسط اجسام داغ تابش می‌شود. این نور توسط چشم انسان‌ها قابل دیدن است. در دیدگاه عمومی، به تمام پرتوها یا نورهایی که توسط چشم انسان‌ها دیده می‌شود، نور یا طیف مرئی نور می‌گویند. چشم‌های انسان حسگر نور است و می‌تواند این نور مرئی را ببیند.
نور و آن چیزی که ما به نام تعریف علمی نور می‌شناسیم، بعد از یک سفر طول و دراز ۱۴۹ میلیون کیلومتری از خورشید به زمین و بعد به چشم ما می‌رسد.
سرعت نور بسیار زیاد است و چیزی معادل ۱۸۶,۰۰۰ مایل (۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر) محاسبه شده است. با توجه به این اعداد و ارقامی که گفتیم، نوری که در همین لحظه می‌بینید، در واقع 8 دقیقه پیش از خورشید جدا شده و به زمین رسیده است. این تعریفی است از منبع نوری طبیعی که می‌شناسیم اما منابع نورهای مصنوعی هم وجود دارند که برگرفته از وسایلی مثل لامپ، چراغ‌قوه و دیگر ابزار است.
همان‌طور که گفتیم، نور چیزی است که از اجسام داغ تابش می‌شود و طبق اطلاعاتی که از خورشید داریم، دما و میزان داغی خورشید بسیار زیاد است. پس طبیعی است نوری که چشم ما حسگر آن است، بخشی از انرژی خورشید باشد.
وقتی نور بین دو جسم یا مکان حرکت می‌کند (چه این دو مکان زمین و خورشید باشند، چه نوری باشد که از طریق یک چراغ‌قوه به جسمی می‌رسد) انرژی بین این دو جاری می‌شود. این انرژی به شکل امواج حرکت می‌کند. درست مثل همان امواجی که روی دریا می‌بینیم با این تفاوت که این بار این موج‌ها ۱۰۰ میلیون بار کوچک‌تر هستند. این امواج، الگویی از امواج الکتریکی و مغناطیسی هستند که ترکیب آنها را به نام امواج الکترومغناطیسی می‌شناسند و با سرعت نور جابه‌جا می‌شوند. منابع مصنوعی هم با توجه به ایجاد میدان‌های الکترومغناطیسی تولید نور می‌کنند.
بررسی‌ها و آزمایش‌ها ثابت کرده است که نور عموماً به صورت مستقیم حرکت می‌کند، مگر در زمانی که اجسام و موانعی مثل آب یا آینه و … باعث شکست نور شوند.
نور موج است یا ذره؟
در طول تاریخ همواره دانشمندان زیادی سعی کردند به پاسخ قطعی این سؤال برسند که آیا نور موج است یا ذره؟
آیزاک نیوتن یکی از کسانی بود که رای به ذره بودن نور داد. او گفت با توجه به مطالعه دقیقی که در مورد جزئیات نور داشته است، نور را به‌عنوان جریانی از ذرات یا به طور ساده، آن را ذره دانست.
کریستیان هویگنس را به‌عنوان رقیب بزرگ نیوتن می‌شناسند؛ رقیبی که نظری کاملاً مخالف آیزاک داشت. او می‌گفت نور از امواج تشکیل شده و هیچ ذره‌ای در آن دخیل نیست.
اما چیزی که امروز دانشمندان و فیزیک‌دانان به آن معتقدند ترکیبی از هر دوی این ادعا است. آنها معتقدند نور در مواردی می‌تواند رفتاری کاملاً موج‌گونه داشته باشد و در مواردی هم کامل مثل یک ذره برخورد می‌کند. اما هنوز هم این احتمال وجود دارد که یک روز، شخصی راهی برای توصیف دقیق‌‌تر و بهتر رفتار نور داشته باشد، طوری‌که بتوان قطعی گفت نور ذره است یا موج. در هر صورت نتیجه نهایی که در حال حاضر مورد قبول است می‌گوید نور، با توجه به تکنیک‌ها، روش‌های نورپردازی و محیطی که در آن منتشر می‌شود، رفتار مختلفی دارد. در مقاله تکنیک‌های نورپردازی می‌توانید اطلاعات بیشتری درباره این موضوع کسب کنید.
منشأ نور در منابع مصنوعی چیست؟
در منابع مصنوعی، نور داخل اتم است و زمانی ایجاد می‌شود که این اتم تحریک شود. اگر به اتم مدنظر انرژی داده شود، الکترون‌ها تحریک شده و به مداری با انرژی بالاتر منتقل می‌شوند. در چنین شرایطی، الکترون‌ها نسبت به حالت قبل ناپایدار‌تر می‌شوند و هر لحظه امکان جدا شدن از هسته اتم را دارند. به این ترتیب، اتم‌ها بیشترین تمایل را دارند که به حالت پایدار خود برگردند. در نتیجه الکترون‌ها انرژی را که دریافت کرده بودند، از دست می‌دهند و مجدد به مدار پایینی خود برمی‌گردند. این تغییر باعث آزاد شدن انرژی و این انرژی در قالب فوتون منتشر می‌شود. پرتوهای نوری در حقیقت جریانی از ذرات بدون جرم فوتون است.
رفتار نور چگونه است؟
اگر نور را با فرضیه موج بودن در نظر بگیریم، نور چهار حالت رفتاری دارد:
- بازتاب
- شکست
- پراش
- تداخل
اما هر یک از این رفتارها چیست و به چه صورتی انجام می‌شود؟ در ادامه نگاه دقیق‌تری به این رفتار داریم.
بازتاب
بازتاب همان برگشت نور از سطح وسایل و اشیا مختلف است. بازتاب نور تنها دلیلی است که می‌توانیم اشیا موجود در اطراف را ببینیم. اگر جسمی در محدوده بینایی ما قرار دارد به این دلیل است که نور (از منبع نوری طبیعی یا مصنوعی) به آن تابیده، و بازتاب نور تابیده شده به چشم می‌رسد. اگر منبع نوری را حذف کنیم یا از رسیدن نور به چشم جلوگیری کنیم، این اشیا ناپدید می‌شوند!
دو نوع بازتاب نور داریم؛ بازتابی که به صورت کامل به چشم می‌رسد و بازتابی که به صورت پخش است. برای مثال اگر قادر باشید صورت خود را در جسمی مثل آینه ببینید، این به این معنی است که بازتاب به صورت کامل و مستقیم از آینه به چشم می‌رسد و میتوان چهره را در آینه دید. اما اگر بازتاب به صورت پخش باشد؛ مثل اینکه به یک آینه کثیف نگاه کنید، ذرات گرد‌وغبار مانع می‌شوند و نمیتوان تصویر درست و واضحی از چهره دید. این بازتاب، به صورت پخش است.
شکست
رفتار دیگری که نور در محیطهای مختلف دارد، شکست است. شکست به زبان ساده یعنی خم شدن پرتو نور که از این ویژگی در ساخت عینک، عدسی، لنز و یا منشور استفاده می‌شود. اگرچه این تصور وجود دارد که نور معمولاً در خط مستقیم حرکت می‌کند اما پرتوهای آن را میتوان با برخورد به شیشه‌های نازک یا اجسام پلاستیکی به نام فیبر نوری خم کرد یا شکست داد. شکست نور متداول‌ترین پدیده در طبیعت است اما امواج دیگر مثل صوت و امواج رادیویی هم شکست را تجربه می‌کنند.
پراش
به خم شدن موج نور در گوشه‌ها و به‌طورکلی در اطراف اشیا و مواد مختلف، پراش گفته می‌شود. شاید برای شما این سؤال پیش آمده باشد وقتی که شخصی پشت دیوار است، چطور میتوان صدای آن را شنید اما اگر آینه یا شیشه‌ای اطراف نباشد، نمیتوان آن شخص را دید؟ جواب این سؤال را در پراش نور یا خمیده شدن نور پیدا کنیم!
موج‌های صوتی قابلیت خمیدگی دارند، می‌توانند در اطراف اشیا خمیده شوند و از آن عبور کنند اما نور چنین قابلیتی را ندارد. حتی وقتی قرار باشد در روش های نورپردازی از نور استفاده شود، این نکته را در نظر می‌گیرند که نور قابلیت خمیده شدن و عبور از اطراف اشیا مختلف را ندارد.
تداخل
تابه‌حال دیده‌اید وقتی انگشت خود را به سطح آب می‌زنید، موج‌هایی در اطراف نقطه ضربه زده شده ایجاد می‌شود. اگر هم‌زمان در نزدیکی همین موج، ضربه دیگری وارد کنید تا موج‌های دیگری ایجاد شود، دو موج با مراکزی متفاوت ایجاد می‌شود.
در نقاطی که این امواج با هم تداخل دارند، باعث الگوی خاصی می‌شود. منبع نوری و موج‌های آزادشده از طریق این منابع هم به همین شکل است. امواجی که از دو منبع نوری مختلف ایجاد می‌شود و هم‌زمان با هم منتشر می‌شوند، در نقاط خاصی با یکدیگر تداخل پیدا خواهند کرد. حاصل این تداخل در برخی نقاط، تقویت بیشتر نور و در برخی نقاط خنثی‌کردن یکدیگر است.
در واقع یکی از دلایلی که باعث شد نظریه نیوتن مبنی بر ذره‌ای بودن نور رد شود، همین رفتار تداخل گونه نور بود.
کلام آخر
ما تلاش کردیم تا تعریفی آسان و روان از نور و نکات مهم آن را بگوییم. نور، حاصل هر جسم داغی (برای منابع طبیعی خورشید و برای منابع مصنوعی لامپ و …) است که تابش آن به چشم می‌رسد. همان‌طور که گفتیم، نور طبق رفتار و تعریفی که از خود نشان داده است هم می‌تواند در محیطهای مختلف رفتار موج‌گونه داشته باشد و هم در محیطهای دیگری مثل ذره رفتار کند. به‌طورکلی نور چهار رفتار در محیطهای مختلف دارد: بازتاب، شکست، پراش و تداخل.
این مقاله از بروکس هم به پایان رسید، شما چه نکته یا آموزشی برای تکمیل کردن آنچه تا اینجا خواندید دارید؟ دیدگاه‌ها و سؤال‌های خود را با ما مطرح کنید.
سؤالات متداول:
نور چیست؟
نور شعاع‌های الکترومغناطیسی به شکل موج است. هر موجی طول و فرکانس خاصی دارد. چشم انسان‌ها هر طول موجی را به رنگ خاصی می‌بیند.
نور ذره است یا موج؟
فیزیک‌دانان بر این باورند که نور ماهیت ذره‌ای و موجی دارد. با توجه به محیطی که در آن منتشر می‌شود، رفتار آن تغییر می‌کند.