نور و ماهیت آن

/ / مقالات

در دیدگاه عموم، به تمامی پرتوها یا نورهای قابل روئت توسط چشم یا همان طیف های مرئی، نور می گویند.
نور در واقع نوعی از انرژی است. و یا به عبارت دیگر تابش و تشعشعی از امواج الکترومغناطیسی با طول موج هایی که توسط چشم انسان قابل دیده شدن است. تنها طیف اندکی از این امواج مرئی، به صورت طبیعی در پیرامون ما تولید می شوند. نمونه ساده و در دسترس آن ستاره ها و از جمله مهم ترین آن ها خورشید است. حیوانات نیز همچون انسان ها می توانند نورها را ببینند.
نور مجموعه ای از اجزای بسیار کوچکی است که فوتون نامیده می شود. و دو ویژگی دارند: ذره هستند (یعنی اجزایی بسیار ریز یا همان فوتون ها) و دارای طول موج. یک فوتون کوچک ترین ذره بنیادی و ابتدایی است و این ذره دارای فعل و انفعال و واکنش، دارای تمامی اشکال تابش الکترومغناطیس است. و یکی از حالات تابش الکترومغناطیسی نور است.
نور در عین حالی که دیده می شود، باز هم بسیار رمز آلود است و سال هاست که انسان را به بررسی و تفکر واداشته است. اما طی یک قرن اخیر و با ظهور فیزیک کوانتوم پیشرفت های سریعی داشته است. آخرین پژوهش ها در حوزه نور و در علوم جدید و فیزیک مدرن، به لیزر منتهی شده است. لیزر به عنوان زیرمجموعه ای از مطالعات بر روی نور مبحث مهمی شناخته می شود. لیزر در واقع نوعی از نور تقویت شده است.
نور، شعاع هایی الکترومغناطیسی به شکل موج هستند. و هر موجی طول و فرکانس (بسامد) خاص خود را دارد. چشم انسان هر طول موجی را به رنگ خاصی می بیند. نور سفید کامل ترین نور است و تمامی نورها و طول موج ها را در خود دارد. نزدیک ترین و در دسترس ترین نور در طبیعت به نور کامل یا سفید، نور خورشید است. با تجزیه این نور می توان به طیف های نوری مختلف یا همان طول موج های مختلف رسید. یک مثال ساده برای این قضیه، رنگین کمان است. رنگین کمان نور خورشید را به تمامی طیف های قابل روئت توسط چشم انسان تجزیه می کند. این نورها از قرمز شروع شده و به بنفش ختم می شود و ترتیب آن ها به این گونه است: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش. رنگ های دیگری نیز در نور خوشید وجود دارد که تنها توسط ابزارهایی مانند دوربین های ویژه و آشکارساز قابل دیده شدن هستند. به نور با طول موج هایی با فرکانس کمتر از نور قرمز، فروسرخ یا اشعه مادون قرمز می گویند. و از طرف دیگر، نور یا طول موج های با فرکانس بیشتر از بنفش، فرابنفش یا ماوراء بنفش نام دارند.

برای نور خواص دیگری نیز شناسایی و تعریف شده است. مانند شدت نور، قطبیت یا قطبی بودن، دارا بودن فاز، و حرکت زاویه ای مداری.
همان طور که پیشتر گفته شد، نورها دارای طول موج ها و فرکانس های مختلفی هستند. برخی توسط چشم انسان قابل روئت و طیف هایی نیز قابلیت دیده شدن ندارند. اما آن چه که در قسمت اول این نوشتار و بخش های بعدی مورد نظر است، تنها به نورهای مرئی و ویژگی های آن ها می پردازد.
یکی از مباحث مهم در مورد نور، سرعت آن است. نور در شرایط خلأ، با سرعت ۲۹۹،۷۹۲،۴۵۸ متر برثانیه یا چیزی نزدیک به ۳۰۰ میلیون متر برثانیه حرکت می کند. این یعنی این که نور می تواند در عرض هشت دقیقه از خورشید به زمین برسد. در سایر محیط ها و اجسام شفاف این مقدار متفاوت خواهد بود. برای مثال در شیشه این سرعت به دو سوم کاهش می یابد.
طبق آزمایش های انجام شده، ثابت گردیده که نور در مسیر مستقیم حرکت می کند. به همین دلیل اگر مسیر حرکت نور مسدود گردد و یا با اجسام تو پُر برخورد کند، سایه ایجاد می کند. هر چه جسم توپر تر و شفافیت کمتری داشته باشد، سایه تشکیل شده تاریک تر خواهد بود. و بالعکس هر چه جسم شفاف تر باشد، سایه های ملایم تری خواهیم داشت. از طرفی اجسام شفاف، بدون سایه یا دارای سایه های بسیار روشنی هستند. نورها به راحتی از اجسام شفاف عبور می کنند، اما نه به همان راحتی و سرعتی که در خلأ دارد. در محیطهایی مانند آب، شیشه و دیگر اجسام و محیط های شفاف. عبور نور از این محیط ها باعث کاهش سرعت نور هر چند اندک می شود. کمترین سرعت ثبت شده برای نور ۱۷ متر بر ثانیه بوده است. این سرعت در محیطی به شدت خلأ و به شدت سرد به دست آمده است.


ماهیت نورچشم انسان به نور واکنش نشان می دهد. هنگامی که به چیزی می نگریم، در واقع نور بازتاب یافته از آن جسم به چشم ما می رسد و باعث دیده شدن آن شیء می شود. به عنوان مثال هنگامی که لامپی را در یک اتاق روشن می کنیم، تمام اشیاء موجود در آن اتاق نور دریافت کرده از لامپ را به همه اطراف از جمله چشم ما منعکس کرده و باعث روئت جسم می شوند.
همان طور که پیش از این نیز گفته شده بود، نورهای رنگی، طول موج های متفاوتی دارند. نورهای با طول موج های کوتاه تر، انرژی بیشتری دارند. نکته دیگر این که سرعت حرکت نور با انرژی آن ارتباطی ندارد. نور سفید از مجموع نورهای رنگی مختلفی تشکیل شده است که در هم ادغام شده اند. وقتی نور سفید را از یک منشور عبور می دهیم، نور سفید به نورهای مختلفی و یا به عبارت دیگر به طیف های گوناگونی تفکیک می شود. طیف هایی (طول موج) که توسط انسان دیده می شود. این کار را در طبیعت قطرات باران انجام می دهند و با ایجاد شکست در نور خورشید رنگین کمان ساخته می شود. در واقع قطرات باران همان کاری را انجام می دهند که یک منشور در تجزیه نور سفید انجام می دهد.


نور
نور قرمز بزرگترین طول موج و نور بنفش کمترین طول موج را دارد. نورهای با طول موج کمتر از بنفش، ماوراء بنفش نامیده می شوند. به عنوان نمونه اشعه ایکس و اشعه گاما دو نوری هستند که طیف یا طول موج کمتر از نور فرا بنفش دارند و دیده نمی شوند. و نورهای با طول موج بیشتر از نور قرمز نیز فروسرخ یا مادون قرمز نام گذاری شده اند. امواج رادیویی شکلی از این نوع از امواج الکترومغناطیسی با طول موج طولانی تر از طیف نور قرمز هستند. امواج مایکروویو نیز شکل دیگری از این نوع امواج فروسرخ هستند. همین طور که گفته شد، این شکل از انرژی امواج الکترومغناطیس و یا طیف های نوری، در اطراف وجود دارند و بر ما و محیط ما اثر می گذارند، هر چند که توسط چشم غیر مسلح دیده نمی شوند. گرچه برای دیدن نورهای فرابنفش یا فروسرخ دوربین های آشکارساز طراحی و ساخته شده اند.

رنگ، نور و فرآیند دیدن
در علم فیزیک، ویژگی ها و خواصی که می تواند از جسمی به جسم دیگر منتقل شود و یا به شکل و فرم دیگری درآید، انرژی می گویند. و یا به عبارت دیگر، انرژی توانایی یکی سیستم برای انجام کار است. انرژی انواع گوناگونی دارد. جنبشی، پتانسیل، الکتریکی، شیمیایی، هسته ای، گرمایی و تابشی. انرژی تابشی با مواردی مانند رادیومتری، انرژی خورشیدی، گرمایشی و نور در ارتباط است.
انرژی تابشی به صورت امواج الکترومغناطیسی است. و نور نیز به عنوان شکلی از انرژی تابشی، دارای طول موج های الکترومغناطیسی است. همان طور که پیش از این نیز گفته شد، این انرژی تابشی در نور، توسط ذراتی به نام فوتون منتقل می شوند. این امواج دارای طول موج های متفاوت، کوتاه و بلند هستند. اما آن چه که ما به عنوان نور مرئی می بینیم و می شناسیم، گستره بسیار کوچکی از طول موج های الکترومغناطیسی است.


نورهای مرئی می توانند با رنگ های مختلفی دیده شوند. کامل ترین نور مرئی که سایر نورهای رنگی را در خود دارد، سفید است. با تجزیه نور سفید می توان سایر نورهای رنگی را تولید نمود. و بالعکس، با ترکیب آن نورهای تجزیه شده، می توان همان نور سفید را تولید کرد. از طرفی با ترکیب سه نور آبی، قرمز و سبز نیز می توان نور سفید تولید نمود.
رنگ و خواص فیزیکی آن، با مفاهیمی از ویژگی های مواد و اجسام مانند جذب، انعکاس و انتشار، پراکندگی و شکست مرتبط است. با تعریف یک فضا یا اتاق رنگ (فضای استانداردی جهت آزمایش) می توان عدد و مختصاتی را برای هر رنگ مشخص نمود. این استانداردسازی بدین منظور است که ممکن است هر فردی بنا به نوع فرآیند مغزی و نوع مخروط های دریافت و تشخیص رنگ خود در چشم، رنگ های متفاوتی را نسبت به سایرین تشخیص دهد. شدت هر رنگ نیز وابسته به شدت اثری است که بر این سلول های مخروطی تشخیص رنگ در چشم وارد می شود. هر چند این خواص فیزیکی و فیزیولوژیکی رنگ، به طور کامل ادراک و احساس روانی از ظاهر رنگ را توضیح نمی هد.
رنگ اجسام و اشیاء
رنگ هر چیزی وابسته به دو چیز است: ویژگی های فیزیکی یک جسم و محیط پیرامون آن، و نیز خصوصیات فیزیولوژیکی و ادراکی چشم و مغز بیننده. به عبارت بسیار ساده تر فرستنده (بازتاب کننده) و گیرنده نور.
به لحاظ بدنی و جسمی، شی تنها رنگ نوری که بازتاب می کند را داراست. به عنوان مثال یعنی یک جسم قرمز رنگ، تنها طیف قرمز را از نوری که به آن تابیده می شود بازتاب می کند. و این نور بازتاب شده، به صورت طبیعی به طیف نور تابشی و خواص بازتابش از سطح جسم وابسته است. مواردی مانند زاویه بازتابش و زاویه بیننده. از طرفی اجسام در برخورد با نور تنها آن را منعکس نمی کنند. انتشار، جذب و یا حتی انتقال نیز اتفاق می افتد که همگی این عوامل می تواند بر رنگ ادراک شده از جسم تأثیرگذار باشد. از طرفی وضعیت و مشخصات ادراکی بیننده نیز می تواند بر ادراک وی از رنگ تأثیرگذار باشد و این مستقل از طیف روشنایی تابش شده از جسم است. یعنی ممکن دو نفر برداشت رنگی کاملاً یکسانی از یک جسم نداشته باشند.

شکل ۲ تأثیر رنگ، عبور نور خورشید از شیشه های رنگی و اثر آن بر روی فرش، مسجد نصیرالملک شیراز (برداشت انسان ها از محیط پیرامونشان الزاماً آن چیزی که می بینند نیست، بلکه می تواند حاصل تجربه ای باشد که از قبل داشته اند)


شکل ۳ رنگ ها با توجه به محیط اطرافشان می توانند از نظر رنگی و شکلی متفاوت از آن چیزی که هستند به نظر برسند. (دو مربع کوچک کاملاً هم اندازه و هم رنگ هستند، اما می بینیم که سمت راستی تیره تر و کوچک تر به نظر می رسد)

شکل ۴، تصویر بالا در اندازه کامل ( طول و عرض۱۰۰۰ پیکسل)، از یک میلیون پیکسل با رنگ های مختلف تشکیل شده است، در حالی چشمان ما می تواند در حدود ۱۰ میلیون رنگ را تشخیص دهد.

منابع:
– https://simple.wikipedia.org/wiki/Light
– https://en.wikipedia.org/wiki/Light
– https://simple.wikipedia.org/wiki/Energy
– https://science-edu.larc.nasa.gov/EDDOCS/Wavelengths_for_Colors.html
– https://en.wikipedia.org/wiki/Color

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *