مقاله pdf فیزیک نور

برای دیدن مقاله pdf فیزیک نور به ادامه مطلب مراجعه فرمایید.

ادامه نوشته

چرا آسمان در شب تاريك است؟

ساده ترين رويدا دها،غالباً غني ترين آگاهيها را با خود دارند.كافي است به آنها نظر كنيم.سقوط يك سيب ،راز جاذبه عمومي را بر نيوتن آشكار ساخت. شب سياه در دل خود آغازهاي كائناترا دارد.

ادامه نوشته

فوتون چیست؟

این تعارض جوهر مانای ذره گونه که با انتشار موج - ذره رخ می‌دهد، نظریه کوانتوم توصیف عینی یابد، آنگاه می‌توانیم موقعیتهای آن را در لحظات پی در پی مشخص و مسیر آن را معین کنیم. اما ذراتی که مسیرهای مشخصی را طی می‌کنند، مشخصه نقش تداخلی موج گونه آنها را برای هر نوع ماده‌ای که واقعا قابل مشاهده باشد، ایجاد نمی‌کند. در آزمایشگاه ، این نقشها همچون نقشی از تیک تاکهای آرایه‌ای از آشکار سازها مشاهده می‌شود. تمهیدات مستند نظریه کوانتومی این نقشها را بوسیله یک تابع موج در فرمالیزم ریاضی آن نظریه بوجود می‌آورد.

ادامه نوشته

وقتی نور را می قاپی!

شما می‌توانید به راحتی یک توپ را بگیرید، برای مدتی نگه دارید و بعد به بالا پرتاب کنید

همین طور می‌توانید مقداری آب را در دست بگیرید و بعد از مدتی رها کنید. اما آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چه چیزهایی را نمی‌توان گرفت؟! مثلاً به نظر شما راهی وجود دارد که بتوان نور را برای مدتی قاپید و بعد دوباره آن را رها کرد؟

دانشمندان دانشگاه هاروارد روشی را ابداع کرده اند که به کمک آن می‌توان نور را گرفت و بعد رها کرد. در این روش پیچیده و نه چندان راحت، می توان نور را برای مدت 5/1 ثانیه ضبط کرد. شاید فکر کنید که این زمان خیلی کم است و اصلاً به چه درد می‌خورد. در جواب به این سؤال باید گفت که 5/1 ثانیه برای نور آن قدر زیاد است که مي تواند از کره ماه به زمین برسد!

برای رسیدن به این هدف دانشمندان مطالعه زیادی روی ماده، انرژی و حرکت داشته‌اند و از ماده ای استفاده کرده‌اند که« بی. ای. اس» نام دارد. این ماده عجیب هیچ یک از حالت‌های طبیعی مواد را ندارد؛ نه گاز است ، نه مایع و نه جامد. حتی پلاسما هم نیست. (پلاسما حالت چهارمی از مواد است که در آزمایش هایی با انرژی بسیار زیاد و در خورشید يافت مي شود.)

«بی. ای. اس» حالت پنجم ماده است. یعنی بعد از جامد ، مایع ، گاز و پلاسما قرار دارد و تنها در دماهای بسیار پایین یعنی صفر مطلق وجود دارد. صفر مطلق پایین ترین دمایی است که در کیهان وجود دارد و برابر با 15/273 درجه سانتی‌گراد زیر صفر است. در این دما اتم ها امکان هیچ گونه حرکتی ندارند. اتم ها در حالت هاي جامد، مایع، گاز و پلاسما آرایش مخصوصی دارند. اما در ماده های « بی. ای. اس» به دلیل سرمای زیاد به ذرات کوچکی تبدیل می‌شوند که خاصیت های عجیبی از خود نشان می‌دهند.

نور زرد رنگ پس از برخورد به بي . اي . اس ، براي مدت 5/1 ثانيه جذب و سپس رها مي شود ، با اين تفاوت كه از شدت آن كاسته مي شود

 

دانشمندان از این ماده برای ضبط نور استفاده کرده اند و روش کار آنها بی‌شباهت به تلفن بازی نیست. در این بازی یک پیغام از فردی به فرد دیگر منتقل می‌شود و هر شخص باید این پیام دریافتی را به نفر بعدی برساند، تا آن‌جا که دوباره به گوش نفر اول برسد. در این بین ممکن است چیزی متفاوت با آنچه که گفته شده، منتقل شود. نور مانند آن پیام است و « بی. ای. اس» هم مانند افرادی عمل می‌کند که باید پیام را در گوش یکدیگر زمزمه کنند.

در این آزمایش ابتدا نور به سمت «بی. ای. اس» پرتاب و باعث می‌شود در این ماده چیزی شبیه یک ردپا به وجود بیاید. به عبارت دیگر نور در این ماده می‌نشیند و بعد از 5/1 ثانیه از ماده خارج می‌شود. البته نوری که بیرون می‌آید متفاوت با نوری است که به داخل ماده رفته است. در واقع می‌توان گفت که از شدت نور کاسته می‌شود. با این کشف دانشمندان امیدوار شده اند تا به سرعت، قدم‌های بیشتری برداشته شود و بتوانند نور را برای مدت زمان بیشتری نگه دارند و انقلابی در دنیای علم به وجود بیاورند.

 

منبع : همشهری آنلاین

---

 

پی نوشت  :

بی.ای.اس  = Bose–Einstein condensate = BEC   = چگالش بوز - انیشتاین

 

بهتر بود به جای بی.ای.اس از بی.ای .سی استفاده می شد.

چگالش بوز انیشتین حالتی از ماده است که تنها در دماهای بسیار پایین رخ می دهد و شامل گازی است از بوزون ها با برهمکنش بسیار کم و محصور شده در پتانسیل خارجی و دمای بسیار پایین نزدیک به صفر مطلق .

 

فـــیـزیـــــک نـــور(Optics)

برای مشاهده مطلب روی ادامه مطلب کلیک کنید.

ادامه نوشته

ماوراي سرعت نور؟بله يا خير؟

ماوراي سرعت نور؟بله يا خير؟

 

چگونه ممكن است كه كهكشان ها سريعتر از سرعت نور دور شوند؟ نظريه ي نسبيت انيشتين مي گويد“ سرعت نور-كه 300000 كيلومتر بر ثانيه است – بيشترين سرعتي است كه هر چيزي مي تواند به خود بگيرد. رسيدن به سرعت نور انر‍‍‍ژي بسيار بسيار زيادي مي خواهد. شما مي توانيد كل انرژي موجود در جهان را به مصرف برسانيد اما هنوز به سرعت نور نخواهيد رسيد.

همانطور كه مي دانيد بيشتر كهكشان ها در جهان  -به دليل انفجار بزرگ وهم چنين در اثر انرژي تاريك كه شتاب اضافي را براي انبساط جهان فراهم مي كند تامين مي كند- در حال دور شدن از ما هستند.

كهكشان ها همانند كهكشان خودمان -راه شيري- به دليل انبساط جهان در حال دور شدن از ساير كهكشان ها هستند، اگر اين اتفاق نيفتد كهكشان ها به دليل گرانش متقابل خود يكديگر را خواهند بلعيد. همين كه شما به كهكشان هاي دورتر و دورتري نگاه مي كنيد آنها چنين به نظر مي رسند كه با سرعت بيشتر و بيشتري در حال دور شدن هستند. پس در آخر ممكن است كه چنين وانمود كنند كه درحال دور شدن با سرعتي بيش از سرعت نور هستند. در اين نقطه است كه نوري كه از كهكشان دور دست جدا مي شود هيچ وقت به ما نخواهد رسيد.

زماني كه اين اتفاق بيفتد، كهكشان دور دست فقط دورتر و دورتر خواهد شد در حالي كه آخرين فوتون هايش را به سمت زمين مي فرستد؛ اما بعد  از مدتي ما ديگر وجود آن كهكشان را تشخيص نخواهيم داد.

اين چنين به نظر مي رسد كه نظريه نسبيت انيشتين كارايي خود را از دست داده است اما اينطور نيست.كهكشان ها به خودي خود به اين سرعت در فضا حركت نمي كنند، اين فضا است كه در حال انبساط است، و كهكشان ها بر روي آن در حال حركت هستند.تا زماني كه كهكشان سعي در حركت در فضا با سرعت زياد را نداشته باشد هيچ قانون فيزيكي نقض نخواهد شد.

يك تاثير غم انگيز از انبساط جهان اين است كه بيشتر كهكشان ها در افق ديد ما در طول 3 تريليون سال سرعتي بيش از سرعت نور خواهند داشت، در نتيجه كيهان شناسان آينده هيچ وقت به وجود يك جهان بزرگ و پرهيجان پي نخواهند برد

مترجم :  عرفان احمدزاده

منبع : ناسا

نور واقعا چیست؟

برای نور  تعریفی دقیق و نیز جسمی شناخته شده یا نمونه ای مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد؛ ولی لازم نیست که فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی با هم نظریه ای نامتناقض و بدون ابهام ایجاد می‌کند که تمام پدیده‌های نوری با آن توجیه می‌‌شود.

 نظریه «ماکسول» درباره انتشار نور بحث می‌‌کند، در حالی که نظریه کوانتومی بر هم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌‌دهد. از آمیختن این دو نظریه نظریه جامعی شکل می‌‌گیرد که «کوانتوم الکترودینامیک» نام دارد. چون نظریه‌های الکترو مغناطیسی و کوانتومی - علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش - بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کند و به صورت منصفانه می‌‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگوست. سرشت نور کاملاً شناخته شده است، اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست؟

گستره طول موجی نور:

نور گستره طول موجی وسیعی دارد. چون با نور مرئی کار می‌‌کنیم، اغلب تصاویر و محاسبات در این ناحیه از گستره الکترومغناطیسی انجام می‌‌گیرد؛ امّا روشهای مورد بحث ممکن است در تمام ناحیه الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار گیرد. ناحیه نور مرئی بر حسب طول موج از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) گسترده است که در وسط آن طول موج ۵۵۵ نانومتر (نور زرد) وجود دارد که چشم انسان بیشترین حساسیت را به آن دارد.

 خواص نور و نحوه تولید:

سرعت نور در محیطهای مختلف متفاوت است که بیشترین آن در خلأ و یا به طور تقریبی در هواست. این سرعت در داخل ماده به شاخصهای متفاوتی - بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده - وابسته است. با «کاواک»(میان تهی) جسم سیاه، می‌‌توان تمام ناحیه طول موجی نور را تولید کرد. نور در طبیعت، در طول موج‌های مختلف مشاهده شده، امّا مشهورترین آن نور سفید است که نور مرکبی از سایر طول موج هاست.

 ماهیت ذره‌ای:

«اسحاق نیوتن» در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی اند که از جسمی نورانی نشر می‌‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل به صورت ذره در نظر گرفت که به نظر می‌‌رسد در محیطهای همگن در امتداد خط مستقیم منتشر می‌‌شوند؛ این امر را «قانون» می‌‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن به وجود آمدن سایه است.

 ماهیت موجی:

همزمان با نیوتن، «کریسیتان هویگنس» (1629 تا 1695) طرفدار توضیح دیگری بود که بر اساس آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌‌شود. به یاد داشته باشید که هویگنس با به کار بردن امواج اصلی و موجکهای ثانوی قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد. حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی اند، مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک بر اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع.

 ماهیت الکترومغناطیس:

بیشتر به سبب نبوغ «جیمز کلارک ماکسول»(1831 تا 1879) است که ما امروزه می‌‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً با عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌‌شود. گسترده کامل امواج الکترو مغناطیسی شامل این موارد است: موج رادیویی، تابش فروسرخ (نور مرئی از قرمز تا بنفش)، تابش فرابنفش، پرتو ایکس، پرتو گاما.

 ماهیت کوانتومی نور:

طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله «پلانک» و «آلبرت اینشتین» و «بور» برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است؛ یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترومغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام «فوتون» انجام می‌‌گیرد.

نظریه مکملی:

نظریه جدید نور شامل اصولی از تعاریف نیوتن و هویگنس است. بنابر این، گفته می‌‌شود که نور خاصیت دو گانه‌ای دارد. برخی از پدیده‌ها مثل تداخل و پراش خاصیت موجی آن را نشان می‌‌دهد و برخی دیگر مانند پدیده فتوالکتریک و پدیده کامپتون و … با خاصیت ذره‌ای نور توضیح دادنی اند.

چگونه می توان پرتوهای نور را گره زد؟

پرتوهای نور ,غالبا بر یک خط راست منتشر میشوند , البته با مقدار کمی خمیدگی  , که حاصل از جاذبه زمین میباشد. اما اکنون دانشمندان در حال بررسی این مسأله هستند که چگونه میتوان پرتوهای نور را به حالت حلقه ای یا به صورت یک گره درآورد. به حقیقت پیوستن چنین ایده ای وقتی ممکن به نظر میرسد که بانگاهی کنجکاوانه به سراغ معادلات مکس ول (Maxwell) برویم , معادلاتی که قوانین پایه و اساسی الکتریسیته و مغناطیس را توضیح میدهند .

شماری از فیزیکدانها متشکل از  ویلیام ایرواین (William Irvine) از دانشگاه نیویورک , درک بومیستر (ِDirk Bouwmeester ) از دانشگاه کالیفرنیا و چندی از فیزیکدانهای دانشگاههای  سانتاباربارا  و لیدن در کشور هلند , حاصل مطالعات خود را در بخش فیزیک طبیعت و در مورد جزییات چگونگی گره خوردن نور به چاپ رساندند. این دانشمندان با مطالعه ویژگیهای نور گره خورده , دریافتند که تولید نور در این حالت خاص به صورت آزمایشگاهی , با استفاده از لیزرهای مخصوصی که پرتوها را به صورت امواج دایره ای تولید میکنند ,امکان پذیر میشود.

در برخی از روشهای کمتر شناخته شده در معادلات مکس ول , تمامی خطوط میدانهای الکتریکی و مغناطیسی به صورت دایره هایی به هم متصل هستند. از این حلقه های خطوط میدان میتوان در ترسیم یک شکل هندسی به نام تورس (Torus) که به شکل یک پیراشکی میباشد  استفاده کردد. ( تورس (Torus) چیست ؟؟؟ ) در این حالت همانطور که انتظار میرود هر دایره یکبار به دور یک  تورس پیراشکی شکل میپیچد و این در حالی است  که هیچ دو دایره ای هم دیگر را قطع نمیکنند. بعدا  تورس های  کوچکتر میتوانند با تورس های بزرگتر در هم بپیجند و یک فضای سه بعدی را با پرتوهای نور دایره ای پر کنند.

فیزیکدانها بر این عقیده اند  که این نوع روشها با شکلهای شناخته شده امروزی نور تفاوت دارند و این تفاوت به خاطر ساختمان پیچیده ای است که یک گره دارد. آنها اینگونه توضیح میدهند که شکل گیری این ساختمان پیچیده بر اساس فیبراسیون Hopf (Hopf Fibration ) میباشد . فیبراسیونی که در سال 1931 و به منظور  بررسی ساختمان کره ها از نظر ریاضی در ابعاد چهارم و بالاتر, معرفی شد. موضوعی که به نظر میرسد هیچ ربطی به نور  نداشته باشد.

پس از بررسی ویژگی های نور گره خورده , فیزیکدانها به این نتیجه رسیدند که میتوان از میدانهای لیزری برای درست کردن این شکلها استفاده کرد. ساختن شکلهای گوناگون پرتوهای نور حلقه ای شده , با انتشار یک پرتو تک پالس از مولد امواج نور دایره ای و با تمرکز بسیار بالای پرتو ,امکان پذیر میشود.همچنین با استفاده از تکنیک های هولوگرافیک و یک کندکننده ی ذره ای نور میتوان شکل و قالب نور حلقه ای شده را کنترل کرد.اخیرا از این نوع تکنیک ها برای تولید پرتوهای هوایی استفاده میشود. پرتوهای هوایی پرتوهایی هستند که باآن سرعت معینی که باید منتشر شوند ,منتشر نمی شوند.

به تازگی , فیزیکدانها خود را برای انجام آزمایشی آماده میکنند تا با کمک آن بتوانند به راه حل های جدیدی با استفاده از تشعشعات الکترومغناطیس در یک سیستم نوری مثل نور یا سیستم های مایکروویو , دست یابند. مشکل اصلی در  این آزمایشات , کار کردن با پالس های فوق کوتاه تشعشعات , به منظور ایجاد طیف های رنگی عریض بسامدهایی است که برای ترسیم گره نور نیاز است.

به دلیل اینکه پرتوهای نور گره خورده , هم ویژگیهای پرتوی و هم برخی ویژگیهای منحصر به فرد کشف نشده دارند , فیزیکدانها پیش بینی کرده اند که ایجاد چنین پرتوهایی میتواند کاربردهای فراوانی در موضوعات مختلف داشته باشد. کاربردهای مختلفی که میتواند شامل حبس پلاسما , به دام انداختن ذرات زیر اتمی ,دستکاری کردن مجموعه های اتمی سرد و پیدا کردن راه حل های سولیتون مانند (راه حلهایی که در عمل خود را تقویت میکنند)  در واسطه های غیر خطی  باشد.

مترجم : سید حامد میربابایی

منبع :  http://www.physorg.com/news140438326.html