ماکسول - رنگین کمان ماکسول

از سیر تا پیاز نور

جایی که موجک‌های نور به صورت ناهمفاز به هم می‌رسند، یکدیگر را حذف می‌کنند و خط‌های تاریک شکل می‌گیرند و جاهایی که موجک‌ها به صورت همفاز با یکدیگر برخورد می‌کنند، با یکدیگر جمع می‌شوند و خط‌های افقی روشن ایجاد می‌کنند. الفتریوس گولیلماکیس (Eleftherios Goulielmakis) از موسسه اپتیک کوانتومی ماکس پلانک می‌گوید: بیشتر حیوانات و تنها تعدادی از انسان‌ها می‌توانند نور فرابنفش را ببینند؛ در شرایطی خاص انسان نیز قادر به دیدن نور فروسرخ است. به همان رنگین‌کمان فکر کنید؛ بیشتر مردم یاد گرفته‌اند که طیف نور از هفت رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش تشکیل شده است و حتی برای حفظ این رنگ‌ها شعر و کلماتی را هم برای خود ساخته‌اند.

گراهام هال از دانشگاه ابردین (دانشگاهی که ماکسول در اواخر دهه ۱۸۵۰ در آن کار می‌کرد) انگلستان می‌گوید: من متقاعد شده‌ام که اگر جایزه نوبل در زمان ماکسول و هرتز بود، حتما از آن سهم می‌بردند. در اواخر دهه ۱۸۸۰ میلادی و چند سال بعد از مرگ ماکسول، فیزیک‌دان آلمانی هانریش هرتز (Heinrich Hertz) اولین کسی بود که به‌طور رسمی ثابت کرد مفاهیم نظریه ماکسول در مورد امواج الکترومغناطیسی صحیح است. ریاضی‌دانان آن زمان سعی کردند با استفاده از مشاهدات، برای این پدیده عجیب که الکترومغناطیس نام داشت، نظریه‌ای خلق کنند؛ اما تا زمان جیمز کلارک ماکسول (James Clerk Maxwell) این موضوع محقق نشد.

اگر فراتر از فروسرخ بروید، طول موج‌ها از یک سانتی‌متر تا هزاران کیلومتر ادامه می‌یابد که این امواج الکترومغناطیسی، نامِ آشنای امواج مایکروویو و رادیویی را به خود می‌گیرند. به نظر می‌رسد الکتریسیته و مغناطیس کاملا با‌ هم فرق دارند؛ اما دانشمندانی مثل هانس کریستین اورستد (Hans Christian Orsted) و مایکل فارادی (Michael Faraday) ثابت کردند این دو به هم مرتبط هستند. فیزیک‌دانان متوجه شدند وقتی یک تکه فلز  را تحت تابش مرئی یا فرابنفش قرار دهیم، فلز باردار خواهد شد و بار آن مثبت خواهد بود که این پدیده را اثر فوتوالکتریک نامیدند. معمولا انرژی یک موج با افزایش ارتفاع (دامنه) آن افزایش می‌یابد (مثل امواج سونامی که هرچه بلندتر باشند، مخرب‌تر هستند)، نه با درازتر و کوتاه‌تر کردن طول آن.

نورمرئی چیست؟

در اواخر دهه‌ی ۱۸۸۰ و تنها چند سال پس از مرگ ماکسول، فیزیک‌دانی آلمانی به نام «هاینریش هرتز» (Heinrich Hertz) اولین کسی بود که به صورت رسمی اعلام کرد نظریه‌ی الکترومغناطیس ماکسول صحیح است. «الفتریوس گولیلماکیس» (Eleftherios Goulielmakis) از انستیتوی اپتیک‌ کوانتمی مکس پلانک در آلمان می‌گوید: «بسیاری از حیوانات و البته بعضی از مردم می‌توانند پرتوی فرابنفش را ببینند. ریاضی‌دانان آن زمان، با جمع‌آوری اطلاعات سال‌ها آزمایش و مشاهده بر روی دو پدیده‌ی الکتریسیته و مغناطیس،‌ توانستند نظریه‌ای جدید به نام «الکترومغناطیس» بسازند. در اواسط قرن نوزدهم، دانشمندی به نام «جیمز کلارک ماکسول» (James Clerk Maxwell) توانست با استفاده از معادلات ریاضی، تصویری یکپارچه از پدیده‌ی الکترومغناطیس بسازد.

«گراهام هال» (Graham Hall) از دانشگاه ابردین در اسکاتلند می‌گوید: «اگر در زمان زندگی ماکسول و هرتز جایزه‌ی نوبل وجود داشت، این دو حتما برنده‌ی آن می‌شدند. آن‌چه ماکسول با این معادلات به دنیای علم اهدا کرد، آن‌قدر بزرگ بود که آلبرت انشتین درباره‌ی او می‌گوید: «ماکسول برای همیشه جهان را تغییر داد. به پرتویی که طول موج آن کمی بلندتر از نور قرمز است «فروسرخ»، و به پرتویی که طول موج آن کمی کوتاه‌تر از بنفش است «فرابنفش»، می‌گوییم. برای توضیح بیشتر باید گفت که همه‌ی ما طبق تجربه‌ای که از زندگی روزمره داریم، می‌دانیم که نور مرئی از طیفی از رنگ‌ها تشکیل شده است.

» بنابراین حالا یک تعریف دیگر برای نور داریم: «نور قسمتی بسیار باریک از تابش الکترومغناطیس است که چشمان ما توانایی دیدن آن را دارد. گولیلماکیس می‌گوید: «از نظر فیزیک، به جز طول موج هیچ تفاوت بنیادینی بین نور مرئی و امواج رادیویی وجود ندارد. نوار قرمز‌رنگی که در یک طرف رنگین کمان قرار دارد، نشانگر طول موج ۶۲۰ تا ۷۵۰ نانومتر طیف الکترومغناطیس است. نوار بنفش که در سوی دیگر رنگین کمان قرار دارد، نشانگر طول موج بین ۳۸۰ تا ۴۵۰ نانومتر طیف الکترومغناطیس است. طیف الکترومغناطیس خیلی گسترده‌تر از این چند رنگ و در واقع همان نور مرئی که چشم ما می‌تواند ببیند است. الکترومغناطیس همان پدیده‌ای است که بعدها به عنوان یکی از چهار نیروی بنیادین جهان شناخته شد.

ممکن است این گزاره که نور یکی از انواع تابش الکترومغناطیسی است همچنان به نظرتان مفهوم نباشد.

منبع