Dünyamızı harika bir ışık doldurur, ama karanlık olduğunda nereye giderler?
Işık gerçekliği, dünyamızdaki en harika varoluş ve dünyamızın her köşesine hükmediyor gibi görünüyor.
Işık yoksa, insanların konuşacak hiçbir şeyi yok gibi görünüyor. Gündüzleri güpegündüz gün ışığında, yeryüzünde güneş parlar, yağmurlu bir günde güneş olmasa bile ışık dünyayla doludur.
Ancak gece, ay ışığı, yıldız ışığı veya ışık yoksa karanlık olacaktır. Bütün bu ışıklar nereye gitti? Neden iz bırakmadan kayboldu?
Bir odada bile ışık yanar ve oda parlaklıkla doludur, ancak ışık kapandığında karanlığa gömülür.
Bütün bunlar sihir dolu, bu anlara ışığımız eşlik ediyor, iz bırakmadan nasıl gidebilirim?
Görünür ışığı kimse bilmiyor, ancak görünür ışığa ek olarak, görünmez ışık da var ve tüm spektrumun çoğunu kaplıyor Görünür ışık sadece küçük bir parçası. Korkarım herkes bunu bilmiyor.
Aslında, retinamızın gördüğü şey sadece görünür ışıktır ve dünya görünmez ışıkla doludur, karanlık gecede bile, her köşede dalgalanırlar.
Einstein'ın yarattığı modern fiziğin iki temel taşı olan özel görelilik teorisi ve genel görelilik teorisi ışıkla başlar.Işık hızı, ışığın doğası ve Lorentz dönüşümü görelilik teorisinin temelini oluşturur.
Aslında, Einsteinın diğer şaheseri ~ "Işığın Üretimi ve Dönüşümü Üzerine İlham Verici Bir Bakış", 1905'te Leipzig Journal of Physics'te yayınlanan bu makale, onun en eski ünlü eseriydi, ancak Göreliliğin görkemi örtüsü altında, genellikle dünya tarafından görmezden gelinir.
Einstein'ı Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan bu yazı oldu ve Einstein bu kez hayatı boyunca Nobel Ödülü'nü kazandı.
Bu makale daha sonraki görelilik teorisi kadar geniş ve yaygın olmasa da, bir başlangıç noktasıdır.Bu başlangıç noktası olmasaydı, daha sonra Einstein olmazdı ve bu makale aynı zamanda Einstein'ın kuantum mekaniğinin kurucusunun temelini attı. Birinin durumu.
Bu yazıda, ilk olarak 20 yıldan fazla süredir fizikçileri rahatsız eden fotoelektrik etkiyi mükemmel bir şekilde açıklayan ışık kuantumu hipotezini önerdi, ışığın hem bir parçacık hem de bir dalga olduğunu ve Newton ve Huygen'i birleştirdiğini kanıtladı. Sis, optik teoriye her zaman karşı çıktı.
O zamandan beri insanlık, her gün kendisiyle ilgilenen bu konu hakkında daha derin bir anlayışa sahip.
Işık kuantası, elektromanyetik radyasyonu yaymak için bir ortamdır, bir anlamda elektromanyetik radyasyon, ışığın farklı dalga bantlarındaki performansıdır.
Ve bu uzun ışık dalgası frekansında, sadece küçük bir parça görülebilir ışıktır, bu da gözlerimizi açar açmaz görebildiğimiz ışıktır.
Işık kuantumu, elektromanyetik radyasyonu iletme görevini üstlenir, durağan kütlesi sıfır olan ve yükü olmayan normatif bir bozondur.
Işık dalgası ne kadar uzunsa, frekans o kadar düşük ve enerji o kadar düşük; ışık dalgası ne kadar kısa olursa, frekans o kadar yüksek ve enerji o kadar yüksek olur.
Fotonun taşıdığı enerji büyük veya küçük olabilir Hesaplama yöntemi Planck sabiti ile elektromanyetik radyasyon frekansının çarpımıdır ve ifade E = hv şeklindedir.
Formülde, E enerjiyi temsil eder ve h, h = 6.626x10 ^ -34J · s değeriyle Planck sabitidir.
Bu şekilde ışık dalgalarının fotonların uçuculuğu ve frekansın fotonların enerjisi olduğunu anlayabiliriz.
Öyleyse elektromanyetik dalga dalga boyu ve frekansının tamamı nasıl var olur?
Elektromanyetik dalga fotonların ortamı olduğu için, boşluktaki yayılma hızı ışık hızıdır c, yani c = 3x10 ^ 8m / s.
Elektromanyetik dalgalar yayıldığında, en büyük büyüklüğe sahip iki nokta arasındaki mesafe dalga boyu 'dır; Saniyedeki elektromanyetik değişikliklerin sayısı frekansı f'dir.
Elektromanyetik dalga dalga boyu ile frekans arasındaki ilişki c = f'dir.
Dalgaboyunun frekansla ters orantılı olduğu görülebilir.Dalga boyu ne kadar uzun olursa frekans o kadar düşük olur; dalga boyu ne kadar kısa olursa frekans o kadar yüksek olur. Bundan, dalga boyu ne kadar uzun olursa, enerji yoğunluğu o kadar düşük ve dalga boyu ne kadar kısa olursa, enerji yoğunluğunun o kadar yüksek olduğu sonucuna varabiliriz.
Bu ilişki = c / f veya f = c / olarak ifade edilebilir.
Bu ilişkiye göre, elektromanyetik dalgaların her bir frekans bandının dalga boyunu ve frekansını elde ederiz (yukarıdaki şekle bakın).
Elektromanyetik dalga boyu ile frekans arasındaki ilişkinin yukarıdaki diyagramında, görünür ışığın elektromanyetik spektrumda yalnızca 380 ~ 760nm gibi küçük bir frekans bandı olduğunu görebiliriz.Elektromanyetik dalgaların çoğu frekans bandı, görünür ışık dalga boylarından daha uzun veya daha kısadır ve görünür ışık frekanslarından daha düşüktür. Elektromanyetik dalga frekans bandında veya üzerinde, görünmez ışık mevcuttur.
Görünür ışıktan daha uzun bir spektrumda kızılötesi ışık, mikrodalgalar ve sonsuz dalgalar vardır; görünür ışıktan daha kısa bir spektrumda ultraviyole ışınları, X ışınları ve gama ışınları vardır. X ışınları ve gama ışınları yüksek enerjili ışınlardır.
Elektromanyetik radyasyonun tüm bandı, fotonlar tarafından aktarılan enerjiye dayanır, bu yüzden hepsi ışık formlarıdır.
Yani her gün gördüğümüz görünür ışık duvara nüfuz edemediği için güneş yeryüzüne parlar, ışık duvarda parlar ve ışık kaynağı söner sönmez ışık kaybolur, nereye gittiler? Diğer "ışık" bantları, yani elektromanyetik dalgalar için de aynı mı?
Hayır, aynı değil. Bu elektromanyetik dalgaların hepsi "ışık" atalarından doğmuş olsalar da, ejderhalar hepsi farklı olan dokuz erkek çocuk doğurmuştur.Her frekans bandının "ışığı" farklı yeteneklere sahiptir.
Işık kaynağı ışığı terk eder etmez gözlerimizin görebildiği görünür ışık kaybolur, ancak diğer bantların görünmez ışığı her zaman etrafımızı sarar.
Uzun dalga boylu radyo dalgaları düşük enerji yoğunluğuna sahiptir, ancak engelleri aşabilirler, nesneler tarafından daha az emilir ve daha uzun süre seyahat ederler. Bu nedenle radyo dalgaları çoğunlukla uzun mesafeli ve hatta uzay iletişiminde kullanılır.
Görünür ışığın dalga boyu nispeten uzun değil, sadece birkaç yüz nanometredir Engellerle karşılaşıldığında baypas oranı çok küçüktür; genel maddelerin moleküler aralığı yaklaşık 0,2 nanometre iken, görünür ışığın dalga boyu birkaç yüz nanometredir, bu nedenle genel malzemeler geçemez. , Sadece mermiyi ısırıp vurmak için, vurulduğunda yansıtılır, kırılır, dağılır, kırılır ve emilir.
Böyle bir fırlatmadan sonra, yakında yok olacak, ışık kaynağı karardığında doğal olarak kararacak.
Bazıları, duvarın yansımasından dolayı ışığın absorbe edilmediği ve yansıyan ışığın odanın içinde olacağı anlamına geldiğini söyleyebilir.Işık kapandığında nasıl olur da kaybolur?
Işık% 100 yansıtma yapabiliyorsa elbette her yönden yansıyan bir evde kalacaktır. Maalesef dünyamızda ışığı% 100 yansıtabilen bir madde yok.
Daha pürüzsüz duvarların ışığa yansıtma oranı yaklaşık% 70; çatıda ısı yalıtımı ve güneşten korunma için yüksek yansıtıcı malzemelerin yansıtıcılığı% 90'a ulaşabilir; genel aynaların yansıtıcılığı da yaklaşık% 90; teleskopların yüksek yansıtıcılı düz aynalarının yansıması Oran% 97'ye ulaşabilir; elektroforetik ortam kaplamasının yansıtma oranı% 99,7'ye ulaşabilir.
Genel olarak, özel bir bilimsel deney sahası olmadıkça, genel binalarda duvar yüzeyi olarak en yüksek yansıtıcılığa sahip elektroforetik ortam kaplamasının kullanılması imkansızdır. Bu tür yüksek yansıtıcı bir malzeme duvar için kullanılsa bile, tüm ışığı yansıtamaz, bu nedenle ışık hızlı bir şekilde tüketilecektir.
Birisi yine soracak, ne olursa olsun, yansımada zaman farkı olacak, güç kapatılmayacak ve aynı zamanda oda karanlığa düşecek, bu ışıklar için her zaman bir yansıma tüketim süreci olacak.
Evet, teoride. Ancak bu süreci göremezsiniz çünkü çok hızlıdır.
Bir odanın duvarları arasındaki boşluk 100 metre uzunluğunda olsa bile, ışık iki duvar arasında sürekli yansıysa bile, her seferinde elektroforetik yüksek yansıtıcı malzemenin% 99,7'ye ulaşan yansıtıcılığına göre hesaplanır, yani yansıma zaman başına 0,3 tüketir. %.
Azalan tüketimi hesaplamıyoruz, aksi takdirde asla tüketilmeyecek. Daha sonraki aşamada, kalan fotonların izi insanlar tarafından algılanmayacağından, basit ortalama hesaplama yapılırsa tüm ışık duvarlar arasında 333 kez tüketilecektir.
Aslında odada dalgalanan uzayda kalan yaklaşık 4 / 100.000 foton olmasına rağmen, insan gözüyle tamamen görünmezdir.
Böylece bir formül elde edebiliriz:
t = 100x333 / c
Formülde t tüketilen zamandır; 100 duvarlar arasındaki uzaklık, 333 ışık tüketildiğinde ışığın iki duvar arasında kaç kez gitmesi gerektiği ve c 3x10 ^ 8 değerinde ışık hızıdır.
Sonuç saniyenin yaklaşık 9000'i kadardır.
Diğer bir deyişle, bu evin iki duvar arasında 100 metre genişliğinde bir duvarı olsa bile, duvarları yansıtan bir ışık kaynağı vardır ve iki duvar, kırılan, dağılan ışık kaynağından bağımsız olarak aynalardan çok daha yüksek bir yansıtıcılığa sahiptir. Kırınımın tamamı saniyenin yalnızca 9000'inde tüketilir.
Ve dünyadaki çoğu oda 100 metre genişliğinde değildir ve oda yukarı, aşağı, sola ve sağa yansıyabilir ve soğurabilir, bu nedenle ışığın emilme süresi daha hızlıdır.
İnsan gözünün en kısa tepki süresi, yaklaşık 0,2 saniyelik ışık değişimini yakalayabilir, yani insan gözü, ışık değişimini ancak 0,2 saniyeden fazla olduğunda fark edebilir. Ama bu kaybolan ışık yaklaşık saniyenin on binde biri yani 0.0001 saniye gitmiş, insan gözünün duyu sınırından binlerce kat daha küçük İnsan gözü bunu nasıl hissedebilir?
Elbette artık insanlar femtosaniye teknolojili kameralar gibi birçok yüksek hassasiyetli ekipmana sahip. Bu tür bir kamera ile ışık hızında hareket eden yavaş hareketler çekebilirsiniz. Bir odada soğurulma ve kaybolma sürecini çekerseniz, tam olarak kaydedebilirsiniz.
Bu nedenle, kapalı bir odada, ışık kaynağının açıldığı andan itibaren ışığın yansıtılacağı, kırılacağı, dağılacağı, kırılacağı, odadaki duvarlar ve diğer nesneler tarafından emileceği ve yakında tüketileceği sonucuna varabiliriz. .
Aynısı gün boyunca güneş ışığı için de geçerlidir, güneş doğar ve yeryüzüne dökülür ve güneş batar ve karanlık düşer. Elbette güneş çıkmadığında ve battıktan sonra gökyüzü bir süre daha parlak olacaktır çünkü insanlar yerde güneşi göremese de yüksek irtifalarda hala güneş ışığı vardır. Atmosferin yansımaları, kırılmaları, saçılmaları ve kırılmaları parlaktır. Yeryüzünde ve gökyüzünde ışık görünecek.
Peki tüketilen görünür ışık nerede sona eriyor? Tabii ki emildi ve dönüştürüldü.
Bu özümseme ve dönüşüm nasıl işliyor?
Güneş ışığı, elektromanyetik radyasyon şeklinde uzaya saçılan çekirdekteki nükleer füzyonla açığa çıkan devasa enerjiden kaynaklanmaktadır. 2.2 milyarın bir kısmı dünyaya dağılır.Bu elektromanyetik dalgalar yeryüzüne ulaştıktan sonra insan gözümüz sadece görünen ışığı görür. Görünmez düşük frekanslı ve yüksek frekanslı elektromanyetik radyasyon bizim için görünmezdir, ancak mevcuttur.
Mikroskobik bir bakış açısıyla, ışık kaynağının yaydığı ışık, ışık kaynağındaki elektronların fazladan enerji kazanması ve bunun temel durumdan uyarılmış duruma geçip daha yüksek bir enerji yörüngesine geçmesidir.Enerji daha yüksek bir yörüngeye atlamak için yetersizse, elektronlar hızlanacaktır. , Ve enerjiyi dalgalar şeklinde salıverir; geçişten sonra, uyarılmış durumdan kararlı duruma geçebilir ve sadece yörüngedeki boşluğu doldurabilirse, elektron geçişi durdurur, aksi takdirde önceki yörüngeye geri döner ve dalgalar halinde tekrar salınır. enerji.
Bu gördüğümüz ışığın kaynağıdır.
Işık kuantumu ışık kaynağından serbest bırakıldıktan sonra ışık hızında durmaksızın hareket eder.Bir nesneye çarptığında dokunduğu malzemenin çekirdeği dışındaki elektronla çarpışır ve enerjisini elektrona aktarır, böylece foton kaybolur. Enerjinin korunumu yasasına göre elektron ekstra enerji kazanır ve temel durumdan uyarılmış duruma geçerek daha yüksek bir enerji durumuna geçer, bu ışığın soğurulmasıdır.
Uyarılmış elektron yüksek seviyeli yörüngede kararlı hale gelemezse, temel durumuna geri dönmesi ve enerjiyi yeniden serbest bırakması gerekecektir.Bu ışığın yansımasıdır.
Emilen ışık, enerji biçiminde depolanır veya serbest bırakılır.Örneğin, güneş ışınları altında nesne, ışık enerjisinin dönüşümü olan ısı üretecektir.
Tabii ki, soğurma ya da yansıtma boyutu moleküler yapı tarafından belirlenir. Işığın dalga boyuna ve frekansına bağlı olarak, farklı malzemelerin farklı soğurma, yansıma ve iletim etkileri vardır.
Örnek olarak güneş ışığını ele alalım.Güneş ışığı, kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi ve mor olmak üzere yedi renkten oluşur.Birleştiklerinde beyaz ışık olurlar ancak bu renkler bir prizma altında ayrılabilir.
Bu farklı dalga boyları için farklı maddelerin farklı ışık emme yetenekleri vardır, bu nedenle bazıları absorbe edilir ve bazıları yansıtılır, böylece renkli bir dünya görebiliriz. Tüm maddeler aynı ışık soğurma oranına sahipse, o zaman gördüğümüz şey monoton bir dünyadır.
Farklı bant ve frekanslardaki elektromanyetik radyasyon, nesnelere farklı penetrasyon oranlarına sahiptir. X-ışınları ve rays-ışınları gibi yüksek enerjili ışınlar, genellikle 0,01 nanometrenin altında olan son derece kısa dalga boylarına sahiptir, bu nedenle birçok nesneden geçebilirler.Bu dalga bandı için birçok nesne saydamdır.
Örneğin, hastane bu prensibi kullanarak insan vücuduna floroskopi yapmak için X ışınları kullanır.
Işık ve madde arasındaki etkileşim süreci çok karmaşıktır, fotoelektrik etki, Compton etkisi, elektron çifti etkisi vb. İçerir. Farklı enerjideki fotonların soğurulduğu veya yansıtıldığı mekanizmalar çok farklıdır ve bunları burada tanımlamayacağız.
İşte bu, tartışmaya hoş geldiniz, okuduğunuz için teşekkür ederim.
Zaman-mekan iletişimi orijinal telif hakkı, ihlal ve intihal yasal sorumluluk için tutulacaktır, lütfen anlayın ve destekleyin.
