X
تبلیغات
تاریخ و فلسفه علم - فيزيك نور

تاریخ و فلسفه علم

ویل دورانت: تاریخ را باید فیلسوفان بنویسند و فلسفه را مورخین.

 هريك از دو مفهوم ظاهرأ ناسازگار مي توانديك جنبه ي حقيقت را نشان دهد... آنها مي توانند به نوبت در نمايش دادن حقايق بكار روند بدون آنكه  هرگزدر تعارض مستقيم باشند.

 

لوئي دوبروي

مقدمه

 

علم فيزيك يكي از شاخه هاي مهم علوم است تا آنجا كه دانشمندان آن را زير بناي بسياري از علوم تجربي مي دانند.تاكنون تعريف هاي زيادي ازاين شده است.برخي از دانشمندان در تعريف آن مي گويند:علم فيزيك علم تحقيق در خواص اجسام وقوانيني است كه به وسيله آن قوانين تغيير حالت وحركت اجسام، بدون تغيير ماهيت آنها مورد مطالعه قرار مي گيرد. برخي از دانشمندان آن را علمي مي دانند كه درباره اجزاي اصلي تشكيل دهنده مواد و نيروهايي كه آن اجزا بر يكديگر اعمال مي كنند و نيز نتايج حاصل از اعمال اين نيروها بحث مي كند.

علم فيزيك تحت عنوان قديم ترش يعني، فلسفه طبيعي تا نيمه دوم قرن بيستم ميلادي طيف وسيعي از علوم شامل مي شد ولي به تدريج كه شاخه هايي به صورت علوم خاص (شيمي،نجوم،فلزات،هواشناسي و...)از آن جدا شدند،به مرزهاي فعلي خود محدود شد.در حدود سال 1870.م نام جديد فيزيك جايگزين نام قديم تر اين علم شد.برخي از دانشمندان علم فيزيك راعلم انرژي نيز ناميده اند.

تا نيمه دوم قرن بيستم علم فيزيك تنها به3شاخه تقسيم مي شد اما پيشرفتهاي سريع و شگفت انگيز آن در نيمه دوم قرن بيستم بر تعداد شاخه هاي اين علم افزود.گسترش دانش بشري در هر يك از شعبه هاي اين علم آنچنان است كه حتي انسان هاي بسيار هوشمند به سختي مي توانند در هر يك از آنها به مرحله تخصصي برسند و ترديدي نيست كه هر يك از اين شاخه ها در آينده نزديك، خود به شاخه هاي متعدد ديگر تقسيم مي شوند.

 

پيدايش فيزيك نوين

 

سير تحولات علم فيزيك تنها به رد شدن برخي از نظرات نيوتن درباره نور منجر نمي شد. در اواخر قرن نوزدهم،دانشمندان با پديده هاي جديدي روبه رو شدند كه قوانين و اصول شناخته شده در فيزيك از حل بسياري از آنها عاجز مانده بود و لازم بود كه براي توجيه آنها طراحي جديد اعلام گردد.از همين رو دانشمندان علم فيزيك را به فيزيك كلاسيك و فيزيك نوين تقسيم كردند.اگر چه اين بدان معني نيست كه همه قوانين فيزيك كلاسيك بي اعتبار بوده است اما اكتشافات انسان در اواخرقرن نوزدهم در زمينه سرعت نور،پديده فوتو الكتريك،طيف تابشي و جذبي گازها،تابش مداوم اتم ها،خاصيت راديو اكتيويته با معادلات و روابط موجود در فيزيك كلاسيك قابل توجيه نبود و لذا فيزيك نوين جاي فيزيك كلاسيك را گرفت.فيزيك كلاسيك متضمن كشف هايي در الكتريسيته و مغناطيس بود. فارادي پي برد كه از واكنش ميان ميدان هاي الكتريكي و مغناطيسي بايد اختلالات الكتريكي متحركي به صورت موج،نتيجه شود.ماكسول به انديشه هاي فارادي قالبي رياضي داد و توانست سرعت حركت اين امواج را حساب كند. معلوم شد كه اين سرعت همان سرعت سير نور است.او به اين ترتيب،ماهيت الكترومغناطيسي امواج نور و گرما را محقق ساخت.آزمايش هاي تامس يانگ درباره ي تداخل نور ،ثابت كرد كه نور متشكل از امواج است نه ذرات .فرنل، ثابت كرد كه وقتي نور از سوراخ هاي ريز مي گذرد وموانع را دورميزند،الگوهاي تداخلي (آثار پراش)بوجود مي آيد.در آغاز قرن نوزدهم رامفورد نشان داد كه گرما نوعي انرژي است و كارنو با سيكل كارنو، علم ترموديناميك را بنيان نهاد.اين مباني به نظريه ي جنبشي گازها انجاميدوعلاوه بر اين ،مفهوم آنتروپي از آنها زاده شد.

در اواخر قرن نوزدهم به نظر ميرسيد كه ديگر چيزچنداني براي كشف كردن باقي نمانده است؛اما چند كشف بزرگ همه چيز را تغيير داد:كشف الكترون و پرتو رونتگن يا پرتوxو نظريه كوانتا موجب پديد آمدن فيزيك نوين گشت كه در ادامه به شرح آن مي پردازيم.

امروزه براي همه دانشمندان اين موضوع روشن شده است كه هيچ كس نمي تواند مانند گذشته خود را «علامه» يا«جامع العلوم» بداند و بخواهد در چندين رشته علمي متخصص وكارشناس شود.

 

فيزيك نور

 

از ميان همه ي شاخه هاي فيزيك، بي گفتگو مبحث نور شاخه اي  است كه كار تحقيق در آن از همه بيشتر پيش  رفته است. 

ماكس پلانك

مطالعه ي نور از دوران تمدن يونان باستان آغاز شداما دانشمندان يوناني دستاوردهاي چنداني در اين زمينه نداشتند.نور شناسي در سده ي17 بيش از همه ي رشته هاي فيزيك جز مكانيك پيشرفت كرد.در اوايل سده ي 17 عينك سازان هلندي با آزمايش و روي هم نهادن عدسي ها سرانجام به اصول تلسكوپ و ميكروسكوپ پي بردند.در دوران شكوفايي تمدن اسلامي چند تن از دانشمندان به پژوهش درباره ي نور پرداختند كه مشهورترين آنان ابو علي حسن بن الحسن بن الهيثم بصري (354-430ه ق)مشهور به ابن هيثم، رياضيدان،طبيب وفيزيكدان بصره اي است.ابن هيثم در بصره متولد شد و در همان جا به تحصيل علوم رياضي و طبيعي پرداخت ودر رشته ي نور شناسي به مقام استادي رسيد.

علاقه ي ابن هيثم به فنون مختلف و مهارت در ساختن و به كار بردن ابزار مكانيكي او را به شهرت رسانيدبه طوريكه خلفاي فاطمي او را به مصر دعوت كردند تا با ارائه روش هاي فني از طغيان هر ساله رود نيل كه موجب ضررهاي بسيار ميشد جلوگيري كند.

تعداد آثار باقيمانده از ابن هيثم در فيزيك،نجوم ورياضيات بالغ بر دويست تاليف بوده است و علاوه بر تاليف هاي شخصي شرح هايي بر كتاب هاي ارسطو و جالينوس نوشته است.ابن هيثم در مهمترين كتابش در مورد نور شناسي،دركتاب المناظر ،پديده هاي شكست ،بازتابش نور،سرعت نور در محيط هاي شفاف متفاوت ،اتاق تاريك و نيز رنگين كمان را مورد مطالعه قرار داده است.ابن هيثم در مورد آينه هاي سوزان مدور نوشته است:«اشعه ي خورشيد ،به خط مستقيم پيش مي آيندو بر هر سطح صيقلي به زاويه هاي مساوي انعكاس پيدا مي كنند ،يعني شعاع هاي تابش وانعكاس با خطي كه در نقطه ي تابش بر سطح منعكس كننده مماس شده و درسطح انعكاس باشد،زاويه هاي مساوي مي سازند».

 

شكست نور ونتايج حاصل از آن

 

يوهانس كپلر (1571-1630م)منجم ورياضيدان آلماني ومؤسس واقعي علم نجوم تلاش زيادي براي پيدا كردن قوانين شكست نور انجام داد ولي چندان موفقيتي به دست نياورد.رنه دكارت(1596-1650م)فيلسوف ،رياضيدان و عالم فرانسوي در اين مورد به كوشش هايي دست زد.دكارت با كشف قانون صحيح شكست نور،هلندي ها را به ساختن عدسي هايي با كيفيت هاي عالي توانا ساخت.

دكتر ابوالقاسم قلمسياه درباره ي نظرات رنه دكارت راجع به قانون هاي شكست نور مي نويسد:

«....[دانشمندان]،شكست نور را از مدت ها پيش مي شناختند و تلاش زيادي براي پيدا كردن قوانين آن به عمل آمده بود ولي هميشه نا موفق بودند.الحسن دانشمند فيزيكدان اسلامي هم آزمايشهاي نسبتأ دقيقي در اين زمينه انجام دادو كار اندازه گيري را تا زاويه تابش 180 درجه ادامه داد ونسبت بين زاويه هاي فرود و شكست را حساب كرد.كپلر نيز به اين كار راغب شد،ولي هيچكدام نتوانستند رابطه ي مشخصي را بدست آورند.سرانجام دكارت در سال 1617م. قانون شكست نور(sini=nsinr )را كه در كشور فرانسه به نام خود او معروف شد بيان كرد،او نور را متشكل از ذرات ريزي در نظر گرفت كه در محيط چگالتر تندتر از هوا حركت مي كنند.ولي پيردوفرما (1601-1665م.)رياضيدان فرانسوي ،اين نظريه را مورد انتقاد قرار داد:فرما قانون را پذيرفت ولي توجيه آن را رد كرد(خيلي جالبه !.....)در مقابل،اصل مهمي را بيان كرد كه به نام خود او اصل فرما ناميده مي شود،و طبق اين اصل، نور براي رفتن از يك نقطه به نقطه ديگر همواره مسيري را مي پيمايد كه زمان آن مينيمم است.قانون شكست از اين اصل با اين شرط نتيجه گرفته شدكه نور برعكس نظريه دكارت،هوا را تندتر از آب سير مي كند.اين اختلاف نظر بين دكارت وفرما نزاع سختي به وجود آوردو هر يك از آنان به شدت از نظريه خود دفاع مي كردند.مردم مي بايستي منتظر فرا رسيدن قرن نوزدهم ميلادي مي بودند تا با دادن حق به فرما به اين اختلاف نظر خاتمه داده شود.

به هر صورت،دكارت به كمك قانونش توانست به درستي پديده ي رنگين كمان را با تعقيب مسير واقعي پرتوهاي نور درون قطره هاي آب معلق در هوا تشريح كند.در آن زمان هنوز حساب ديفرانسيل طرح نشده بود .او روش شجاعانه اي بكار برد:از اين قرار كه ده هزار پرتو نور موازي كه بطور منظم درجه بندي شده بودند روي يك قطره ي كروي تاباند و با تعقيب هر يك ازآنها همه ي زواياي خروجي را حساب كرد و پي برد كه پرتوهاي ورودي به ازاي زاويه 30و41 در دانه باران انبار مي شوند ودر نتيجه شكل و مقطع رنگين كمان اول را توضيح داد و همين كار را براي رنگين كمان دوم نيز كرد.اين نتايج توسط نيوتن كامل شد و او تجزيه نور را تشريح كرد.

قانون شكست نور كم كم اين امكان را به وجود آورد كه طرز كار عدسي ها و در نتيجه اسباب هاي اپتيكي عدسي دار و همچنين اعمال چشم مورد دقت قرارگيرند.پديده هاي رؤيت بهتر درك شدند.كپلر اطمينان حاصل كرد كه قاعدتأ از يك شئ تصويري معكوس بر روي پرده شبكيه تشكيل مي شود.اين فكر توسط شينر به اثبات رسيد،به اين طريق كه وي چشم گاو را گرفت و پوسته روي آن را تا شبكيه برداشت و آن را به طرف نور چرخاند و ديد كه تصويري واضح و معكوس تشكيل مي شود .همين محقق پي بردكه تطابق با فاصله،در اثر تغيير تحدب عدسي چشم صورت مي گيرد.ماريوت(1620-1684م.)نيز كشف كرد كه محل ورود عصب بينايي يك نقطه كور است.

در نيمه قرن هفدهم ميلادي تصور مي رفت كه همه چيز درباره ي شكست نور گفته شده است.ولي در سال1669م.يك نفر دانماركي به نام پارتولين موضوع تازه اي را كشف كرد:وي ضمن امتحان يك بلور اسپات ديسلند،كه توسط خريداران آن به كپنهاگ باز آورده شده بود،مشاهده كرد كه از پشت آن تمام اشياء مضاعف ديده مي شوند.پديده شكست مضاعف ،مورد سوال دانشمندان قرار گرفت و آنان را سخت مشغول داشت  ولي تا قرن نوزدهم بدون جواب ماند».

از جمله تحقيقاتي كه در زمينه ي فيزيك نور در آغاز قرن نوزدهم ميلادي صورت پذيرفت پژوهشي بود كه در سال 1802م. توسط ويليام هرشل(1738-1822م.)انجام گرفت.هرشل مطالعات خود را بر روي طيف نوري امواج الكترومغناطيس انجام داد.البته اين در حالي بود كه او از ماهيت امواج الكترومغناطيس آگاهي نداشت و صرفأ تحقيق خود را بر روي نور خورشيد كه خود نوعي از امواج طيف نوري الكترومغناطيس  مي باشد متمركز نمود.ولي مشاهدات خود را در زمينه ي توليد حرارت نور خورشيد كه ناشي از بخش مادون قرمز آن است انجام داد. مقارن همين اوقات دو دانشمند ديگر به نام هاي يوهان ويلهلم ريتر(1776-1810م.)وبعد از او ولستن(1766-1828م.)تحقيقاتي در زمينه ي اثرات شيميايي بخش ماوراء بنفش  نور خورشيد انجام دادند.آنان دريافتند كه اثر شيميايي نور(مثلا سياه كردن كلرور نقره)تا ناحيه ي فرابنفش ادامه دارد.

ماهيت نور

   

در سده ي 17 سه فرضيه رواج داشت:ذره اي ،طولي و عرضي. هر سه فرضيه روح مكانيكي آن عصر را باز مي تافتند؛زيرا هر سه ي آنها نور را به اعتبار ماده و حركت تفسير مي كردند.

نظريه موجي نور:        اين نظريه نخست در سال 1665م.توسط رابرت هوك فيزيكدان انگليسي مطرح شد و دو سال بعد كريستيان هويگنس هلندي آن را به صورت كامل تري بيان كرد.در سال 1873م.ماكسول ثابت كرد كه نور از جنس امواج الكترومغناطيسي با طول موج كوتاه است.

نظريه ذره اي نور:        آيزاك نيوتن فيزيكدان،رياضيدان وفيلسوف انگليسي طرفدار نظريه ذره اي نور بود.اما اين نظريه در سال 1801م.از اعتبار افتاد زيرا كه تامس يانگ فيزيكدان و پزشك انگليسي  با آزمايش هاي خود اعتبار نظريه موجي را بيشتر كردو نظريه ذره اي را عقب راند.او با پژوهش پيرامون تداخل(interference) وپراش (diffraction)دلايل تازه اي به سود نظريه موجي بدست آورد. او و هويگنس هم عقيده بودند كه امواج نور،طولي است واز نوسان هاي سريع فشار در اتر پديد مي آيد.تامس يانگ در نوجواني زبان هاي لاتيني،فرانسوي،ايتاليايي حتي عربي و فارسي را فرا گرفت. سپس به تحصيل پزشكي پرداخت.يانگ در ضمن تحصيل پزشكي مطالعاتي روي چشم مخصوصا اثر رنگ هاي قرمز و بنفش بر آن انجام داد.وي در باره ي سازوكار(مكانيسم)صداي انسان نيز مطالعاتي به عمل آورد.

وي بعد متوجه نورشناسي(اپتيك)شد و نشان داد كه بسياري از آزمايش ها ي نيوتن درباره ي نور را مي توان با نظريه ي موجي نور به آساني توجيه كرد.او با آزمايش هايي كه انجام داد پديده تداخل را توضيح داد،ولي درسال 1801م. نظرات خود را به انجمن سلطنتي انگلستان عرضه كرد با بي تفاوتي همكاران خود كه به نظريه هاي پيشين پايبند بودند مواجه شد.يانگ به جاي اينكه روي فرضيه ي خود پافشاري كند وآن را به دقت اثبات نمايد اپتيك را رها كرد و به مطالعه ي شاخه ديگري از دانش زمان خود پرداخت.(احتمالا يكي از علل روي آوردن يانگ به شاخه هاي متعدد علم و رها كردن آنها بدون نتيجه گيري عميق ودقيق ،همين عدم ثبات او در پيگيري كامل موضوع  مورد مطالعه اش بوده است).

يكي ديگر از دانشمنداني كه درباره ي نور مطالعاتي انجام داد اتين لوئي مالوس (1788-1812م.)افسر مهندس و فيزيكدان فرانسوي بود.مهمترين كشف وي كشف نور پولاريزه يا نور قطبيده بود اين كشف بزرگ در سال 1808م.انجام شد.

 

كشف بزرگ فرنل

 

يكي از دانشمندان پيشتاز در پژوهش هاي مربوط به نور اگوستين ژان فرنل (1788-1827م.)فيزيكدان سخت كوش فرانسوي است كه با آزمايش هايي كه در زمينه تداخل و انكسار مضاعف انجام داد توانست نظريه ي موجي نور را ثابت كند.

فرنل هم نظريه پرداز بود و هم آزمايشگري قابل. وي ابتدا هيچ وسيله اي براي آزمايش نداشت، اما با استفاده از نبوغ خود دو آينه ساخت(آينه هايي كه به آينه فرنل معروف مي باشند) و از طريق آنها توانست نظريه ي موجي نور را شرح دهد. وي به تدريج وسايل تازه ديگري براي آزمايش هاي خود ساخت. او با اين وسايل جديد  و با كوشش شبانه روزي توانست به مسئله پراش نور و آزمايش روي آن و شرح اين پديده بر اساس همان نظريه موجي نور بپردازد. فرنل براي توجيه اين پديده چنين فرض كرد كه ارتعاشات امواج نور در راستاي انتشار آنها صورت نمي گيرند بلكه عمود بر راستاي انتشارند، به عبارت ديگر،ارتعاشات نوري عرضي هستند نه طولي.

فرنل توانست از يك طرف نظريه كاملي بر پايه محاسبات رياضي وضع كند و از طرف ديگر آزمايش هايي بسيار عالي طرح ريزي نمايد كه مبين نتايج پيشگويي شده به وسيله نظريه ،حتي در مواردي كه متناقض به نظر مي رسيدند،باشند.نظريه او به سرعت در سطح جهاني پذيرفته شد.

به نظريه فرنل اشكالاتي نيز وارد بود. در واقع نظريه او در توجيه بعضي ازپديده ها ناكار آمد بود. اما از آنجايي كه اين نظريه در زمان فرنل در توجيه بسياري از پديده ها ي نوري موفق بود لذا دانشمندان معاصر او اين نظريه را به عنوان مرجع اصلي در توجيه پدهده هاي نوري قرار دادند.

   

اندازه گيري سرعت نور

 

در زمينه اندازه گيري سرعت نور دو فيزيكدان فرانسوي نقش مهمي داشتند.اين دو تن ژان برنارلئون فوكو(1819-1868م.)و لويي فيزو(1819-1896م.)نام داشتند. آنان ابتدا با هم كار مي كردند ولي پس از مدتي از هم جدا شدند. اين جدايي موفقيت هر دوي آنها را به تاخير انداخت. فيزو قبل از فوكو در اين اندازه گيري موفق شد. او با روش چرخ دندانه دارش زمان رفت و برگشت نور را در يك فاصله ي  هشت كيلومتري كه كمتر از ده ميليونيم ثانيه بود اندازه گرفت و سرعت انتشار نور را 315300كيلومتر در ثانيه به دست آورد.

يك سال بعد، فوكو  روش آينه چرخان را ، كه بسيار دقيق تر بود ، ابداع كرد. اين روش امكان ميداد  كه زمان رفت وبرگشت نور را در فاصله  چند متري اندازه بگيرند. فوكو با اين روش سرعت نور را 298187كيلومتر بر ثانيه بدست آورد كه نسبتا دقيق تر بود.(امروزه سرعت نور  مورد قبول c=299792.458 كيلومتر بر ثانيه برآورد شده است).

علاوه بر اين ،روش فوكو امكان اندازه گيري در فواصل بسيار كوتاه را داشت و مي توانست سرعت نور را در محيط هاي ديگر اندازه گيري كند.

از 1830م. ماسدونيو ملوني به كمك پيل گرما-برقي (ترمو الكتريك)كه خود مخترع آن بود،به تحقيقات طولاني روي پرتوهاي فروسرخ(زيرقرمز)پرداخت؛او نشان داد كه بازتابش و شكست اين پرتوها درست مانند نور معمولي است و نتيجه گرفت كه آنها پرتوهاي نامرئي نور هستند.به موازات اين تحقيقات،كارهايي نيز روي پرتوهاي فرابنفش انجام گرفت و سبب شد كه اين پرتوها نيز به عنوان نور نامرئي شناخته شوند.

اين پژوهش ها تاثير فوق العاده اي بر كشفيات شاخه ديگري از علم فيزيك ،يعني اختر فيزيك داشت.درواقع تجزيه و تحليل طيفي سرآغاز پيشرفت هاي عظيم در نجوم بود.در ميان ابهاماتي كه بر نخستين اكتشافات سايه افكنده بودند يكي از آنها مدت طولاني بي پاسخ ماند و آن وجود خطوط تاريك در طيف خورشيد بود.حل مسئله به صورت مطلوب توسط دو دانشمند آلماني :گوستاو روبرت ويلهلم كيرشهف(1824-1887م.)و روبرت ويلهلم بونزن(1811-1899م.)صورت گرفت كه همكاري طولاني و تنگاتنگ داشتند. آنان براي اين منظور از طيفنما(اسپكتروسكوپ)كه توسط كيرشهف اختراع شد،و از يك مشعل خاص كه سازنده آن بونزن بود (مشعل بونزن) استفاده كردند . آنان صريحا اعلام نمودند كه هر جسم ساده (عنصر) داراي خطوط طيفي مشخص مخصوص به خود مي باشد كه بستگي به طريقه بررسي آن جسم ندارد.بدين وسيله طريقه ي آساني براي تجزيه و تحليل يك جسم از راه مطالعه ي دقيق خطوط تاريكي كه در طيف جذبي اجسام تشكيل مي شد در 1860 كشف كردند كه يك عنصر دقيقا همان پرتوهايي را جذب مي كند كه مي تواند آنها را گسيل دارد..اين پديده مهم وجود خطوط تاريك در طيف خورشيد را توضيح مي داد و ثابت مي كرد كه جو خورشيد از همان عناصري تشكيل شده است كه در زمين وجود دارند.

بدين ترتيب آناليز طيفي به ظهور رسيد؛فيزيك،كاربرد جديدي در شيمي پيدا كرد و آن كشف عناصر جديد از راه مطالعه دقيق خطوط طيفي آنها بود:در1860م. بونزن و كيرشهف نمك طعام ناحيه استاسفورت (نام منطقه اي در كشور آلمان)را مورد آزمايش قرار دادندوخطوط  ناشناخته اي را در طيف حاصل از آن كشف كردند؛در نتيجه به وجود اجسام ناشناخته اي در اين نمك پي بردند وپس از عمل جداسازي طولاني ،دو عنصر روبيديم وسزيوم را از آن اخراج كردند . شيميدانان ديگر ،روش موثر آنان را تعقيب نمودند ؛از جمله سرويليام كروكس فيزيكدان وشيميدان انگليسي(1832-1919م.)عنصر تاليوم را در 1862 كشف كرد؛عنصر اينديوم در 1864م. توسط رايش و ريشتر آلماني و عنصر گاليوم در 1876م. توسط لوكوك _دو_بوآبودران فرانسوي كشف شد.

ستاره شناسان نيز از اين روش استقبال كردند؛ با استفاده از طيفنما در وسايل كار خود ، توانستند طيف هاي ستارگان مختلف را مورد بررسي قرار دهند و تركيب شيميايي آنها را ، كه نيم قرن پيش حتي تصور آن را نمي كردند و افسانه بود،پيدا كنند.

در1868 سر جوزف نورمن لاكير منجم انگليسي (1836-1920م.)(كه از پيشروان تحقيق طيفي در ستارگان است)و ژول ژانسن منجم و فيزيكدان فرانسوي (1824-1907م.)(كه ماموريت هاي علمي متعددي از جمله تعيين استواي مغناطيسي در كشور پرو و مطالعه در مغناطسي زمين در جزاير آسور انجام داد و رصدخانهاي در مونمارتر تاسيس كرد)همزمان خطوط طيفي غير منتظره اي در طيف خورشيد مشاهده كردند و به وجود عنصر ناشناسي در اطراف خورشيد پي بردند كه هليوم ناميده شد؛اين نتيجه در 1895م.توسط سرويليام رمزي شيميدان اسكاتلندي (1852-1916م.)كه هليوم را كشف كرد،مورد تاييد قرار گرفت.

علاوه بر اينها، به كمك طيفنمايي سرعت حركت ستارگان نسبت به زمين معين شد: كريستيان يوهان دوپلر (1803-1853م.)،فيزيكدان و رياضيدان اتريشي در سال 1842 اصلي را بيان كرد كه به موجب آن ارتفاع صوتي كه به گوش يك شنونده مي رسد در نتيجه حركت نسبي شنونده و منبع توليد صوت تغيير مي كند (اثر دوپلر)؛در1848فيزو اين اصل را در مورد امواج نور تعميم داد،از همين رو اصل تعميم يافته ي دوپلر را اصل دوپلر-فيزو نيز مي نامند.تغيير بسامد(فركانس)نوري كه از ستارگان به زمين مي رسد به جابجايي جزئي خطوط طيفي آنها و در نتيجه تغيير طول موج مربوط به اين خطوط تعبير مي شود كه منجر به اندازه گيري سرعت حركت ستاره در امتداد شعاع رؤيت آن مي گردد.بر اين اساس ،در 1868م. براي نخستين بار سرعت حركت يك ستاره اندازه گرفته شد.

نظريه ي كوانتومي نور كه فرض مي كندنور متشكل از جريان ذرات بسيار كوچك يا كوانتومها است در 1900توسط ماكس پلانك پيشنهاد شد تا حقايقي جديد را توضيح دهدو لذا آغازگرانقلابي جالب شدكه فيزيك قرن نوزدهم را به كلي دگرگون كرد.

اما اين سؤال همچنان باقي ماند كه آيا نور را بايد به عنوان ذرات توصيف كرد يا امواج.بعضي خواص-به عنوان مثال تفرق وتداخل- پديده هايي موجي بودند كه مي توانستند فقط با امواج همراه باشند.از طرف ديگر، روشي كه نور با سيستم هاي اتمي تعامل دارد پديده فوتوالكتريك و وجود خطوط طيفي منفصل،بر حسب ذرات قابل توصيف بود.پس ووضعيت هاي متفاوت مستلزم توصيف هاي متفاوت و ظاهرا متناقض بود.

با پيشرفت نظريه كوانتوم، رياضيات تا حدي به نجات آمد.نوشتن معادلاتي امكان پذير شد كه بيانگر بسته هاي موج هستند،گروه هايي از موج كه در فضا محدود شده اند چنان كه گويي ذراتي هستند.سپس معادله ي شرودينگر ارائه شد كه طبيعت موجي رفتار ماده را توصيف مي كرد،وبالاخره معادله اي توسط پال ديراك عرضه شد كه تابش الكترومغناطيسي و مكانيك كوانتومي را به شيوه اي فوق العاده دقيق وفق مي داد.

ديراك به طور قاطع به توضيح رياضي اش چسبيد،و با دقت از معرفي هر نوع مدل تصويري يا تصوير ذهني از پديده هاي توصيف شده به وسيله ي علائم رياضي پرهيز كرد؛ او توضيح داد كه تصاوير ذهني را نمي توان بدون وارد كردن كميات نامربوط تبيين كرد.

تصاوير ذهني يا مدل هاي فيزيكي ،عليرغم محدوديت هايشان،بخشي اساسي از شناخت علمي ما را تشكيل مي دهند.گرچه دوگانگي نهفته در طبيعت نور پذيرفته مي شود،وگرچه نظر معتبري داريم كه در چه شرايطي مدل موجي يا ذره اي نور را مي توان بكار برد،در سطح توصيف مدل، پارادوكسي كه به وسيله ي دو مدل متضاد مطرح مي شود باقي مي ماند.

 

ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ 

نگارنده:الهام تركي نژاد مهرباني

 

منابع:

-         دانشنامه علوم و هنر ،  نويسنده:محمود حكيمي

-         در جستجوي خدا  ،  نويسنده:جان هاتون  ،  مترجم: بتول نجفي

-         تاريخ علم  ،    نويسنده:دمپي ير  ،  مترجم  :عبدالحسين آذرنگ

-         تاريخ و فلسفه علم   ، نويسنده : لويس ويليام هلزي هال ، مترجم :عبدالحسين آذرنگ

ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ

+ نوشته شده در  سه شنبه بیست و دوم خرداد 1386ساعت 16:2  توسط سعیده کریم نژاد  |