બાળકોને સમજાવો કે પ્રકાશ શું છે. પ્રકાશ રીફ્રેક્શનનો કાયદો

શું તમને લાગે છે કે તમે જવાબ જાણો છો? શું તમને ખાતરી છે? શું તમે ક્યારેય પ્રકાશ જોયો છે?

હા, હું જાણું છું, હું જાણું છું. , અન્યથા તમે હવે આ વાંચી શકતા નથી. પરંતુ શું તમે ક્યારેય પ્રકાશનો ટુકડો જોયો છે? જેથી તે ખૂણામાં શાંતિથી સૂઈ શકે, અથવા ઓછામાં ઓછું ત્યાં હવામાં અટકી શકે. જો આપણે ધારીએ કે પ્રકાશમાં કણો અથવા તરંગોનો સમાવેશ થાય છે, તો તે કયા કદના છે? તેમને જોવા માટે તમારે તેમની કેટલી નજીક જવું પડશે?

સૌથી અધીરા માટે જવાબ

ઘણા વર્ષો પહેલા, પ્રકાશ સાથે કામ કરતા વૈજ્ઞાનિકોને સતત આ પ્રશ્ન પૂછવામાં આવ્યો હતો. પ્રકાશ શું છે - તરંગ અથવા કણ?

આ રેટ્રો ટ્રોલિંગ છે. ઓછામાં ઓછું જેમણે પ્રશ્ન પૂછ્યો હતો તેઓએ આવું વિચાર્યું. તેઓ સાચો જવાબ જાણતા ન હતા, અને તેઓ સામાન્ય રીતે તેમાં રસ ધરાવતા ન હતા. તેમને રસ હતો કે વૈજ્ઞાનિકો કેવી રીતે બહાર આવશે.

વૈજ્ઞાનિકો પણ એકમાત્ર સાચો જવાબ જાણતા ન હતા. આવા ગંભીર લોકો માટે પણ પ્રશ્ન સરળ ન હતો. તે 17મી સદીમાં ડેસકાર્ટેસ, હૂક અને હ્યુજેન્સથી શરૂ કરીને, 19મી-20મી સદીમાં આલ્બર્ટ આઈન્શીન અને મેક્સ પ્લાન્ક સાથે સમાપ્ત થઈને, ઘણી સદીઓ સુધી શ્રેષ્ઠ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓના મન પર કબજો કરે છે. આ બધું હેઈઝનબર્ગ અનિશ્ચિતતા સિદ્ધાંત અને ડી બ્રોગલી-બોહમ સિદ્ધાંત તરફ દોરી ગયું. જેમ આઈન્સ્ટાઈને 1938 માં લખ્યું હતું: “પરંતુ વાસ્તવિકતામાં પ્રકાશ શું છે? તરંગ કે ફોટોનનો ફુવારો? દેખીતી રીતે, બે સંભવિત સિદ્ધાંતોમાંથી માત્ર એક પસંદ કરીને પ્રકાશની ઘટનાઓનું સતત વર્ણન કરવાની કોઈ શક્યતા નથી. પરિસ્થિતિ એ છે કે આપણે ક્યારેક એક સિદ્ધાંત લાગુ કરવો જોઈએ, અને ક્યારેક બીજો, અને સમયાંતરે બંને. અમે એક નવી પ્રકારની મુશ્કેલીનો સામનો કરી રહ્યા છીએ. વાસ્તવિકતાના બે વિરોધાભાસી ચિત્રો છે, પરંતુ તેમાંથી કોઈ પણ પ્રકાશની બધી ઘટનાઓને અલગથી સમજાવતું નથી, પરંતુ તેઓ એકસાથે તેમને સમજાવે છે!

તેથી વૈજ્ઞાનિકોએ સામાન્ય રીતે જવાબ આપ્યો, "હા." અથવા બંને." અથવા, જો તેઓ ખરેખર નારાજ હતા: "નરકની કાળજી કોને છે?!" અને આ બધા જવાબો સાચા હતા.

પ્રકાશના વિવિધ ઉપયોગો પર વિચાર કરતી વખતે, તે ફોટોન નામના કણોનો સમાવેશ કરે છે તેવું વિચારવું ક્યારેક વધુ ફળદાયી છે. નહિંતર, લેસર મેટલ અથવા કાચને કેવી રીતે કાપી શકે? અન્ય કિસ્સાઓમાં, પ્રકાશને તરંગ તરીકે વધુ સારી રીતે માનવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન (પ્રકાશ સહિત) ની તરંગલંબાઇ માપવાની ક્ષમતાએ માનવતાને રેડિયો, ટેલિવિઝન, એક્સ-રે મશીનો, નાઇટ વિઝન ઉપકરણો આપ્યા - અને આ માત્ર એક નાનો ભાગ છે. જો પ્રકાશ તરંગ ન હોત, તો લેન્સનો ઉપયોગ કરીને રીફ્રેક્શન, રચના અથવા ફોકસ દરમિયાન તે સ્પેક્ટ્રમમાં કેવી રીતે વિઘટિત થશે?

લાર્જ ફોટોન કોલાઈડર

બંધ. કેવા પ્રકારના ફોટોનિક? દરેક વ્યક્તિ જાણે છે કે તે હેડ્રોનિક!

ઠીક છે, મોટા હેડ્રોનિકકોલાઈડર પરંતુ તે આ લેખમાં દેખાયો તે તક દ્વારા ન હતો. તમે મને સુધાર્યો હોવાથી, તમે કદાચ જાણો છો કે LHC પ્રચંડ ઝડપે ઉડતા અણુ ન્યુક્લીના એકબીજા ભાગો સાથે અથડાય છે - પ્રોટોન, અને ફોટોન નહીં - પ્રકાશના કણો. ઓછામાં ઓછા CMS સાથેના પ્રયોગોમાં. સીએમએસ તમે જે વિચાર્યું તે બિલકુલ નથી, પરંતુ કોમ્પેક્ટ મુઓન સોલેનોઇડ એ પ્રાથમિક કણોનું સાર્વત્રિક ડિટેક્ટર છે, જેની મદદથી પ્રોટોન અથડામણ જોવા મળે છે. પરંતુ રસપ્રદ વાત એ છે કે તેના પર ફોટોન અથડામણ પણ જોવા મળે છે. પરોક્ષ રીતે અને પ્રોટોન કરતાં ઘણા નાના પાયે, પરંતુ તેઓ અવલોકન કરવામાં આવે છે. આ હેતુ માટે બે નવા વિશેષ સેન્સર બનાવવા અને સ્થાપિત કરવાની પણ યોજના છે.

પ્રોટોન, તમે જોઈ શકતા નથી - હું લંચ કરી રહ્યો છું!

જ્યારે પ્રોટોન એક્સિલરેટર ટ્યુબ દ્વારા ખૂબ ઝડપે ઉડે છે, ત્યારે તેઓ ફોટોન ઉત્સર્જન કરે છે. આ ફોટોન સ્વતંત્ર જીવન જીવવાનું શરૂ કરતા નથી, પરંતુ તેમના માતાપિતાને અનુસરવાનું ચાલુ રાખે છે. અને જ્યારે પ્રોટોનના બે બીમને ખાસ ચેમ્બરમાં અથડાવા માટે મોકલવામાં આવે છે, ત્યારે કેટલાક ફોટોન પણ એકબીજા સાથે અથડાય છે. આ પ્રોટોનની પ્રતિક્રિયામાંથી જોઈ શકાય છે જેણે તેમને ઉત્પન્ન કર્યા છે - તેઓ સમાન ઝડપે ઉડવાનું ચાલુ રાખે છે, પરંતુ તેમના માર્ગમાં થોડો ફેરફાર થાય છે.

આમ ફોટોન, "પ્રકાશનો જથ્થો," કણો છે, અથવા ઓછામાં ઓછા કણોની જેમ વર્તે છે. જો આવું ન હોત, તો અમે તેમની અથડામણના પરિણામોનું અવલોકન કરી શકીશું નહીં. તેથી LHC પણ BFC બની ગયું.

પણ મોજા ક્યાં ગયા?

હવે જ્યારે આપણે જોયું છે કે ફોટોન, પ્રકાશના ક્વોન્ટા, કણો છે, તો શું આનો અર્થ એ છે કે તેઓ પ્રકાશ છે? તો પ્રકાશ એ માત્ર કણોનો સમૂહ છે? ધૂળના અકલ્પનીય નાના ટુકડાઓ જેવા કે જે સમગ્ર બ્રહ્માંડને ભરી દે છે, અથવા તે બધાને નહીં, પરંતુ જ્યાં તેઓ પહોંચી શક્યા હતા.

પરંતુ આપણે જાણીએ છીએ કે તે એક તરંગ પણ છે, કારણ કે તે રીફ્રેક્શન (અથવા રીફ્રેક્શન) ને આધીન છે, જે તરંગની મિલકત છે. તે, કોઈપણ તરંગની જેમ, લંબાઈ ધરાવે છે - ક્રેસ્ટ્સ (અથવા ચાટ) વચ્ચેનું અંતર જે માપી શકાય છે. તરંગલંબાઇના આધારે, અમે પ્રકાશના વિવિધ રંગો, ઇન્ફ્રારેડ, અલ્ટ્રાવાયોલેટ, એક્સ-રે, રેડિયો તરંગોને અલગ પાડીએ છીએ - ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની સમગ્ર શ્રેણી. આ બધા ફોટોન દ્વારા ફેલાય છે, પરંતુ તરંગો પણ છે.

ફોટોન વિભાજિત વ્યક્તિત્વ

વિજ્ઞાનીઓ પણ ફોટોનની અત્યાચારી વર્તણૂકને સમજાવવા માટે એક ખાસ શબ્દ સાથે આવ્યા: "તરંગ-કણ દ્વૈતતા." આનો અર્થ એ છે કે કોઈપણ પ્રાથમિક કણ અથવા ક્વોન્ટમ ઑબ્જેક્ટમાં તરંગો અને કણો બંનેની તમામ લાક્ષણિકતાઓ હોય છે. અને માત્ર ફોટોન જ નહીં, તમને વાંધો, પરંતુ કોઈપણ કણ.

ફોટોન અન્ય રસપ્રદ લક્ષણો ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેનું કોઈ દળ નથી અને તે માત્ર પ્રકાશની ઝડપે આગળ વધીને અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે. પરંતુ આ વિશે, કદાચ, અન્ય સમયે.

અને છેવટે, સાચો જવાબ!

પ્રકાશ શું છે? તરંગ અને કણ. સીધ્ધે સિધ્ધો. સાથોસાથ.

કેટલીકવાર પ્રકાશ કણ જે રીતે વર્તે છે તે રીતે વર્તે છે. અને તે થાય છે - તરંગ-તરંગ, તમે તફાવત કહી શકતા નથી. અને કેટલીકવાર તે પોતાને બંને રીતે - એક જ સમયે પ્રગટ કરે છે. કારણ કે તે બંને છે.

એક સમયે, પ્રાચીન સમયમાં, લોકો માનતા હતા કે આપણી જોવાની ક્ષમતા આંખોમાંથી નીકળતી ચોક્કસ કિરણોને કારણે છે અને, જેમ કે, વસ્તુઓની સપાટીને "અનુભૂતિ" કરવી. આજે આવો ખ્યાલ ગમે તેટલો રમુજી લાગે, તેના વિશે વિચારો - શું તમે જાણો છો કે પ્રકાશ શું છે? તે ક્યાંથી આવે છે? આપણે તેને કેવી રીતે સમજી શકીએ, અને શા માટે વિવિધ પદાર્થોના રંગો જુદા હોય છે?

લાઇટ બલ્બ ચાલુ કરો અને તમારો હાથ તેની નજીક રાખો. તમે લાઇટ બલ્બમાંથી નીકળતી ગરમીનો અનુભવ કરશો. તદનુસાર, પ્રકાશ કિરણોત્સર્ગ છે. તમામ કિરણોત્સર્ગ ઊર્જા વહન કરે છે, પરંતુ તમામ કિરણોત્સર્ગને દૃષ્ટિથી જોઈ શકાતું નથી. ચાલો આપણે તારણ કાઢીએ કે પ્રકાશ એ દૃશ્યમાન વિકિરણ છે.

પ્રકાશના ગુણધર્મો

તે પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે પ્રકાશ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રકૃતિનો છે, તેથી અમે નીચે પ્રમાણે અમારી વ્યાખ્યાને પૂરક બનાવી શકીએ છીએ: પ્રકાશ એ દૃશ્યમાન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન છે.

પ્રકાશ પારદર્શક શરીર અને પદાર્થોમાંથી પસાર થઈ શકે છે. તેથી, સૂર્યનો પ્રકાશ વાતાવરણમાંથી આપણામાં પ્રવેશ કરે છે, જો કે પ્રકાશનું વક્રીવર્તન થાય છે. અને જ્યારે અપારદર્શક પદાર્થોનો સામનો કરવો પડે છે, ત્યારે તેમાંથી પ્રકાશ પ્રતિબિંબિત થાય છે, અને આપણે આ પ્રતિબિંબિત પ્રકાશને આંખથી જોઈ શકીએ છીએ, અને આમ આપણે જોઈએ છીએ.

કેટલાક પ્રકાશ પદાર્થો દ્વારા શોષાય છે, અને તે ગરમ થાય છે. શ્યામ પદાર્થો પ્રકાશ કરતાં વધુ ગરમ થાય છે, તે મુજબ, મોટાભાગનો પ્રકાશ તેમના દ્વારા શોષાય છે, અને ઓછો પ્રતિબિંબિત થાય છે. તેથી જ આ વસ્તુઓ આપણને અંધારી લાગે છે.

કાળી વસ્તુઓ સૌથી વધુ પ્રકાશ શોષી લે છે. એટલા માટે ઉનાળાની ગરમીમાં તમારે કાળા કપડાં ન પહેરવા જોઈએ, કારણ કે તમને હીટસ્ટ્રોક થઈ શકે છે. આ જ કારણોસર, ઉનાળામાં, માતાઓ હંમેશા તેમના બાળકો માટે હળવા રંગની ટોપી પહેરે છે, જે ઘાટા રંગ ધરાવતા વાળ કરતાં ઘણી ઓછી ગરમી કરે છે.

પ્રકાશના સ્ત્રોતો

જે શરીરોમાંથી પ્રકાશ આવે છે તેને પ્રકાશ સ્ત્રોત કહેવામાં આવે છે. કુદરતી અને કૃત્રિમ પ્રકાશ સ્ત્રોતો છે. આપણા ગ્રહના તમામ રહેવાસીઓ માટે પ્રકાશનો સૌથી પ્રખ્યાત કુદરતી સ્ત્રોત એ સૂર્ય છે.

સૂર્ય માત્ર દૃશ્યમાન પ્રકાશનો સ્ત્રોત નથી, પરંતુ ગરમી પણ છે, જેના કારણે પૃથ્વી પર જીવન શક્ય છે. પ્રકાશના અન્ય કુદરતી સ્ત્રોતો છે તારાઓ, વાતાવરણીય ઘટના જેમ કે વીજળી, જીવંત જીવો જેમ કે ફાયરફ્લાય વગેરે.

માણસનો આભાર, કૃત્રિમ સ્ત્રોતો પણ છે. પહેલાં, લોકો માટે, અંધારામાં પ્રકાશનો મુખ્ય સ્ત્રોત અગ્નિ હતો: મીણબત્તીઓ, મશાલો, ગેસ બર્નર અને તેથી વધુ. આજકાલ, સૌથી સામાન્ય ઇલેક્ટ્રિક લાઇટ સ્ત્રોતો છે. તદુપરાંત, તેઓ બદલામાં થર્મલ (અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવા) અને ફ્લોરોસન્ટ (ફ્લોરોસન્ટ લેમ્પ્સ, ગેસ લાઇટ લેમ્પ્સ) માં વહેંચાયેલા છે.

પ્રકાશનો ફેલાવો

પ્રકાશની બીજી મિલકત તેનો રેખીય પ્રસાર છે. પ્રકાશ અવરોધોની આસપાસ વાંકા વળી શકતો નથી, તેથી અપારદર્શક પદાર્થની પાછળ પડછાયો રચાય છે. પડછાયો ઘણીવાર સંપૂર્ણપણે કાળો હોતો નથી કારણ કે અન્ય પદાર્થોમાંથી પ્રકાશના વિવિધ પ્રતિબિંબિત અને છૂટાછવાયા કિરણો ત્યાં પડે છે.

પ્રકાશની લાક્ષણિકતાઓમાંની એક તેનો રંગ છે, જે મોનોક્રોમેટિક રેડિયેશન માટે તરંગલંબાઇ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે, અને જટિલ કિરણોત્સર્ગ માટે - તેની સ્પેક્ટ્રલ રચના દ્વારા.

પ્રકાશ દ્રવ્યની ગેરહાજરીમાં એટલે કે શૂન્યાવકાશમાં પણ પ્રચાર કરી શકે છે. આ કિસ્સામાં, પદાર્થની હાજરી પ્રકાશના પ્રસારની ગતિને અસર કરે છે.

દરેક ઉર્જા જથ્થામાં અનુરૂપ એનાલોગ હોય છે - પ્રકાશ ફોટોમેટ્રિક જથ્થો. પ્રકાશના જથ્થાઓ ઊર્જાના જથ્થાઓથી અલગ પડે છે કારણ કે તેઓ વ્યક્તિમાં દ્રશ્ય સંવેદનાઓ ઉત્તેજીત કરવાની ક્ષમતા દ્વારા પ્રકાશનું મૂલ્યાંકન કરે છે. ઉપર સૂચિબદ્ધ ઉર્જા જથ્થાના પ્રકાશ એનાલોગ્સ તેજસ્વી ઊર્જા, તેજસ્વી પ્રવાહ, તેજસ્વી તીવ્રતા, તેજ, ​​તેજ અને પ્રકાશ છે.

પ્રકાશના જથ્થા દ્વારા પ્રકાશની તરંગલંબાઇ પર દ્રશ્ય સંવેદનાઓની અવલંબનને ધ્યાનમાં લેતા, એ હકીકત તરફ દોરી જાય છે કે સમાન મૂલ્યો માટે, ઉદાહરણ તરીકે, લીલા અને વાયોલેટ પ્રકાશ દ્વારા સ્થાનાંતરિત ઊર્જા, પ્રથમ કિસ્સામાં સ્થાનાંતરિત પ્રકાશ ઊર્જા નોંધપાત્ર રીતે વધુ હશે. બીજા કરતાં. આ પરિણામ એ હકીકત સાથે સંપૂર્ણ સંમત છે કે માનવ આંખની લીલા પ્રકાશની સંવેદનશીલતા વાયોલેટ પ્રકાશ કરતાં વધુ છે.

પ્રકાશની ગતિ

શૂન્યાવકાશમાં પ્રકાશની ગતિ બરાબર 299,792,458 m/s (લગભગ 300,000 કિમી પ્રતિ સેકન્ડ) નક્કી કરવામાં આવે છે. પ્રકાશની ગતિ માટે નિશ્ચિત SI મૂલ્ય એ હકીકતને કારણે છે કે મીટર હાલમાં પ્રકાશની ગતિના સંદર્ભમાં વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે. એવું માનવામાં આવે છે કે તમામ પ્રકારના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન વેક્યૂમમાં બરાબર સમાન ઝડપે મુસાફરી કરે છે.

વિવિધ ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ સમગ્ર ઇતિહાસમાં પ્રકાશની ગતિને માપવાનો પ્રયાસ કર્યો છે. ગેલિલિયોએ સત્તરમી સદીમાં પ્રકાશની ગતિ માપવાનો પ્રયાસ કર્યો હતો. 1676 માં ડેનિશ ભૌતિકશાસ્ત્રી ઓલે રોમર દ્વારા પ્રકાશની ગતિ માપવાનો પ્રારંભિક પ્રયોગ હાથ ધરવામાં આવ્યો હતો. ટેલિસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને, રોમરે ગુરુ અને તેના એક ચંદ્ર, Io ની ગતિવિધિઓનું અવલોકન કર્યું. Io ની ભ્રમણકક્ષાના સ્પષ્ટ સમયગાળામાં તફાવતો નોંધીને, તેમણે ગણતરી કરી કે પ્રકાશને પૃથ્વીની ભ્રમણકક્ષાના વ્યાસને પાર કરવામાં લગભગ 22 મિનિટનો સમય લાગ્યો. જો કે, તે સમયે તેનું કદ જાણી શકાયું ન હતું. જો રોમરે પૃથ્વીની ભ્રમણકક્ષાનો વ્યાસ જાણ્યો હોત, તો તેણે 227,000,000 m/s ની ગતિ પ્રાપ્ત કરી હોત.

યુરોપમાં 1849માં હિપ્પોલિટ ફિઝાઉ દ્વારા પ્રકાશની ગતિ માપવાની બીજી, વધુ સચોટ પદ્ધતિ કરવામાં આવી હતી. ફિઝેઉ કેટલાક કિલોમીટર દૂર અરીસામાં પ્રકાશના કિરણને દિશામાન કરે છે. એક ફરતું ગિયર વ્હીલ પ્રકાશ બીમના પાથમાં મૂકવામાં આવ્યું હતું જે સ્ત્રોતથી અરીસા સુધી જાય છે અને પછી તેના સ્ત્રોત પર પાછા ફરે છે. ફિઝેઉએ શોધ્યું કે પરિભ્રમણની ચોક્કસ ઝડપે, બીમ રસ્તામાં વ્હીલના એક ગેપમાંથી પસાર થશે અને પાછળના માર્ગમાં આગળના ગેપમાંથી પસાર થશે. અરીસાનું અંતર, વ્હીલ પરના દાંતની સંખ્યા અને પરિભ્રમણની ગતિ જાણીને, ફિઝાઉ પ્રકાશની ઝડપ 313,000,000 m/s ની ગણતરી કરવામાં સક્ષમ હતા.

લિયોન ફૌકોલ્ટે 1862માં 298,000,000 m/s નું મૂલ્ય મેળવવા માટે ફરતા અરીસાનો ઉપયોગ કરતા પ્રયોગનો ઉપયોગ કર્યો હતો. આલ્બર્ટ એ. મિશેલસન 1877 થી 1931 માં તેમના મૃત્યુ સુધી પ્રકાશની ગતિ નક્કી કરવા માટે પ્રયોગો હાથ ધર્યા હતા. તેણે 1926માં કેલિફોર્નિયામાં માઉન્ટ વિલ્સનથી માઉન્ટ સાન એન્ટોનિયો સુધીની મુસાફરીમાં પ્રકાશ લેતો સમય માપવા માટે સુધારેલા ફરતા અરીસાઓનો ઉપયોગ કરીને ફૌકોલ્ટની પદ્ધતિમાં સુધારો કર્યો. ચોક્કસ માપે 299,796,000 m/s ની ઝડપ આપી.

સામાન્ય પદાર્થ ધરાવતા વિવિધ પારદર્શક પદાર્થોમાં પ્રકાશની અસરકારક ગતિ શૂન્યાવકાશ કરતા ઓછી હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પાણીમાં પ્રકાશની ઝડપ શૂન્યાવકાશમાં તેના 3/4 જેટલી છે. જો કે, દ્રવ્યમાં પ્રક્રિયાઓની ધીમી ગતિ પ્રકાશના કણોના વાસ્તવિક ધીમા પડવાથી નહીં, પરંતુ પદાર્થમાં ચાર્જ થયેલા કણો દ્વારા તેમના શોષણ અને પુનઃ ઉત્સર્જનથી થાય છે તેવું માનવામાં આવે છે.

પ્રકાશ ધીમો પડી જવાના આત્યંતિક ઉદાહરણ તરીકે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓના બે સ્વતંત્ર જૂથો રુબિડિયમ-આધારિત બોઝ-આઈન્સ્ટાઈન કન્ડેન્સેટમાંથી પ્રકાશને "સંપૂર્ણપણે બંધ" કરવામાં સક્ષમ હતા જો કે, આ પ્રયોગોમાં "સ્ટોપ" શબ્દ માત્ર સંગ્રહિત પ્રકાશનો સંદર્ભ આપે છે અણુઓની ઉત્તેજિત અવસ્થામાં, અને પછી મનસ્વી રીતે પાછળથી ફરીથી ઉત્સર્જિત થાય છે, કારણ કે બીજા લેસર પલ્સ દ્વારા રેડિયેશન ઉત્તેજિત થાય છે. તે સમયે જ્યારે પ્રકાશ "બંધ" થયો, તે પ્રકાશ થવાનું બંધ થઈ ગયું.

પ્રકાશના ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો

પ્રકાશના અભ્યાસ અને પ્રકાશ અને પદાર્થની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ઓપ્ટિક્સ કહેવામાં આવે છે. મેઘધનુષ્ય અને ઉત્તરીય લાઇટ જેવી ઓપ્ટિકલ ઘટનાઓનું અવલોકન અને અભ્યાસ પ્રકાશની પ્રકૃતિ પર પ્રકાશ પાડી શકે છે.

રીફ્રેક્શન

પ્રકાશ રીફ્રેક્શનનું ઉદાહરણ. હવામાંથી પ્રવાહીમાં પ્રવેશતા પ્રકાશના વક્રીભવનને કારણે સ્ટ્રો વક્ર દેખાય છે.

પ્રકાશનું રીફ્રેક્શન એ બે અલગ અલગ પારદર્શક માધ્યમો વચ્ચેના ઇન્ટરફેસમાંથી પસાર થતી વખતે પ્રકાશ (પ્રકાશ કિરણો) ના પ્રસારની દિશામાં ફેરફાર છે. તે સ્નેલના કાયદા દ્વારા વર્ણવવામાં આવ્યું છે:

પ્રથમ માધ્યમમાં કિરણ અને સામાન્યથી સપાટી વચ્ચેનો ખૂણો ક્યાં છે, બીજા માધ્યમમાં કિરણ અને સામાન્યથી સપાટી વચ્ચેનો કોણ છે અને તે અનુક્રમે પ્રથમ અને બીજા માધ્યમના પ્રત્યાવર્તન સૂચકાંકો છે. વધુમાં, શૂન્યાવકાશ માટે અને પારદર્શક માધ્યમોના કિસ્સામાં.

જ્યારે પ્રકાશનો કિરણ શૂન્યાવકાશ અને અન્ય માધ્યમ વચ્ચે અથવા બે અલગ-અલગ માધ્યમો વચ્ચેની સીમાને પાર કરે છે, ત્યારે પ્રકાશની તરંગલંબાઇ બદલાય છે, પરંતુ આવર્તન સમાન રહે છે. જો પ્રકાશ બીમ સીમા સુધી ઓર્થોગોનલ (અથવા તેના બદલે સામાન્ય) ન હોય, તો તરંગલંબાઇ બદલવાથી બીમ દિશા બદલી શકે છે. દિશામાં આ ફેરફાર એ પ્રકાશનું વક્રીભવન છે.

લેન્સ દ્વારા પ્રકાશના રીફ્રેક્શનનો ઉપયોગ ઘણીવાર પ્રકાશને નિયંત્રિત કરવા માટે થાય છે જે છબીના દેખીતા કદમાં ફેરફાર કરે છે, જેમ કે બૃહદદર્શક ચશ્મા, ચશ્મા, સંપર્ક લેન્સ, માઇક્રોસ્કોપ અને ટેલિસ્કોપમાં.

પ્રકાશના સ્ત્રોતો

પ્રકાશ ઘણી ભૌતિક પ્રક્રિયાઓમાં બનાવવામાં આવે છે જેમાં ચાર્જ કણોનો સમાવેશ થાય છે. સૌથી મહત્વપૂર્ણ થર્મલ રેડિયેશન છે, જે સ્ત્રોતના તાપમાનના આધારે મહત્તમ સાથે સતત સ્પેક્ટ્રમ ધરાવે છે. ખાસ કરીને, સૂર્યનું કિરણોત્સર્ગ સંપૂર્ણપણે કાળા શરીરના થર્મલ રેડિયેશનની નજીક છે, જે લગભગ 6000 K સુધી ગરમ થાય છે, જેમાં લગભગ 40% સૌર કિરણોત્સર્ગ દૃશ્યમાન શ્રેણીમાં હોય છે, અને સમગ્ર સ્પેક્ટ્રમમાં મહત્તમ શક્તિ વિતરણ 550 ની નજીક હોય છે. nm (લીલો). અન્ય પ્રક્રિયાઓ જે પ્રકાશના સ્ત્રોત છે:

• અણુઓ અને પરમાણુઓના ઇલેક્ટ્રોનિક શેલમાં એક સ્તરથી બીજા સ્તરે સંક્રમણ (આ પ્રક્રિયાઓ એક રેખા સ્પેક્ટ્રમ આપે છે અને તેમાં બંને સ્વયંસ્ફુરિત ઉત્સર્જનનો સમાવેશ થાય છે - ગેસ-ડિસ્ચાર્જ લેમ્પ્સ, એલઈડી વગેરેમાં - અને લેસરોમાં ઉત્તેજિત ઉત્સર્જન);
• ચાર્જ થયેલા કણોના પ્રવેગ અને મંદી સાથે સંકળાયેલ પ્રક્રિયાઓ (સિંક્રોટ્રોન રેડિયેશન, સાયક્લોટ્રોન રેડિયેશન, બ્રેમ્સસ્ટ્રાહલંગ);
• ચેરેનકોવ રેડિયેશન જ્યારે ચાર્જ થયેલ કણ આપેલ માધ્યમમાં પ્રકાશના તબક્કાની ગતિ કરતા વધુ ઝડપે આગળ વધે છે;
• લ્યુમિનેસેન્સના વિવિધ પ્રકારો:
  • કેમિલ્યુમિનેસેન્સ (જીવંત સજીવોમાં તેને બાયોલ્યુમિનેસેન્સ કહેવામાં આવે છે)
  • સિંટિલેશન

પ્રયોજિત વિજ્ઞાનમાં, સ્પેક્ટ્રમનું ચોક્કસ પાત્રાલેખન મહત્વનું છે. નીચેના પ્રકારના સ્ત્રોતો ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે:

• સ્ત્રોત એ
• સ્ત્રોત બી
• સ્ત્રોત સી
• સ્ત્રોત D 65

ફ્લોરોસન્ટ લેમ્પ્સવિવિધ પ્રકાશ રેન્જમાં ઉપલબ્ધ છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:

• સફેદ પ્રકાશ લેમ્પ (રંગ તાપમાન 3500),
• કૂલ સફેદ પ્રકાશ લેમ્પ (રંગ તાપમાન 4300 K)

રેડિયોમેટ્રી અને પ્રકાશ માપન

વિજ્ઞાન દ્વારા સૌથી મહત્વપૂર્ણ અને માગણી કરાયેલ પ્રકાશની વિશેષતાઓમાંની એક, અન્ય ભૌતિક પદાર્થની જેમ, ઊર્જાની લાક્ષણિકતાઓ છે. ઉર્જા ફોટોમેટ્રિક જથ્થામાં વ્યક્ત કરાયેલ આવી લાક્ષણિકતાઓનું માપન અને અભ્યાસ એ ફોટોમેટ્રીની શાખાનો વિષય છે જેને "ઓપ્ટિકલ રેડિયેશન રેડિયોમેટ્રી" કહેવાય છે. આમ, રેડિયોમેટ્રી માનવ દ્રષ્ટિના ગુણધર્મોને ધ્યાનમાં લીધા વિના પ્રકાશનો અભ્યાસ કરે છે.

બીજી બાજુ, પ્રકાશ માનવ જીવનમાં વિશેષ ભૂમિકા ભજવે છે, જે તેને તેની આસપાસના વિશ્વ વિશેની મોટાભાગની માહિતી પ્રદાન કરે છે જે જીવન માટે જરૂરી છે. આ માનવ દ્રષ્ટિના અંગોની હાજરીને કારણે થાય છે - આંખો. આ પ્રકાશના આવા લક્ષણોને માપવાની જરૂરિયાત સૂચવે છે કે જેના દ્વારા વ્યક્તિ તેની દ્રશ્ય સંવેદનાઓને ઉત્તેજિત કરવાની ક્ષમતાનો નિર્ણય કરી શકે. ઉલ્લેખિત લાક્ષણિકતાઓ પ્રકાશ ફોટોમેટ્રિક જથ્થામાં વ્યક્ત કરવામાં આવે છે, અને તેમના માપ અને અભ્યાસ એ ફોટોમેટ્રીની બીજી શાખાનો વિષય છે - "પ્રકાશ માપન".

પ્રકાશ અને ઉર્જાના જથ્થાઓ ડેલાઇટ વિઝન માટે મોનોક્રોમેટિક રેડિયેશનની સંબંધિત વર્ણપટકીય લ્યુમિનસ કાર્યક્ષમતાનો ઉપયોગ કરીને એકબીજા સાથે સંબંધિત છે, જે સરેરાશ માનવ આંખની સાપેક્ષ સ્પેક્ટ્રલ સંવેદનશીલતાનો અર્થ ડેલાઇટ વિઝન માટે સ્વીકારે છે. તરંગલંબાઇ સાથે મોનોક્રોમેટિક રેડિયેશન માટે, મનસ્વી પ્રકાશના જથ્થાને તેના અનુરૂપ ઉર્જા જથ્થા સાથે જોડતો સંબંધ SI માં આ રીતે લખાયેલ છે:

સામાન્ય કિસ્સામાં, જ્યારે સ્પેક્ટ્રમ પર રેડિયેશન ઊર્જાના વિતરણ પર કોઈ નિયંત્રણો લાદવામાં આવતા નથી, ત્યારે આ સંબંધ આ સ્વરૂપ લે છે:

પ્રકાશ જથ્થાઓ ઘટેલા ફોટોમેટ્રિક જથ્થાના વર્ગ સાથે સંબંધિત છે, જેમાં ફોટોમેટ્રિક જથ્થાની અન્ય સિસ્ટમો સંબંધિત છે. જો કે, માત્ર પ્રકાશ જથ્થાને SI ફ્રેમવર્કમાં કાયદેસર કરવામાં આવે છે અને માત્ર તેમના માટે જ SI માં વ્યાખ્યાયિત માપના વિશિષ્ટ એકમો છે.

પ્રકાશ દબાણ

પ્રકાશ તેના પાથમાં રહેલા પદાર્થો પર ભૌતિક દબાણ લાવે છે - એક એવી ઘટના જે મેક્સવેલના સમીકરણોમાંથી મેળવી શકાતી નથી, પરંતુ જ્યારે ફોટોન કોઈ અવરોધ સાથે અથડાય છે અને તેમના વેગને સ્થાનાંતરિત કરે છે ત્યારે તેને કોર્પસ્ક્યુલર સિદ્ધાંતમાં સરળતાથી સમજાવી શકાય છે. પ્રકાશનું દબાણ પ્રકાશના કિરણની શક્તિને c દ્વારા વિભાજિત, પ્રકાશની ગતિ જેટલું છે. c ની તીવ્રતાને લીધે, પ્રકાશ દબાણની અસર રોજિંદા વસ્તુઓ માટે નહિવત્ છે. ઉદાહરણ તરીકે, એક મિલિવૉટ લેસર પોઇન્ટર લગભગ 3.3 pN નું દબાણ ઉત્પન્ન કરે છે. આ રીતે પ્રકાશિત પદાર્થને ઉપાડી શકાય છે, જો કે 1 પૈસાના સિક્કા માટે તેને લગભગ 30 અબજ 1-mW લેસર પોઇન્ટરની જરૂર પડશે. જો કે, નેનોમીટર સ્કેલ પર, પ્રકાશ દબાણની અસર વધુ નોંધપાત્ર છે, અને સંકલિત સર્કિટ્સમાં મિકેનિઝમ્સને નિયંત્રિત કરવા અને નેનોમીટર સ્વિચને સ્વિચ કરવા માટે પ્રકાશ દબાણનો ઉપયોગ એ સંશોધનનો સક્રિય ક્ષેત્ર છે.

કાલક્રમિક ક્રમમાં પ્રકાશના સિદ્ધાંતોનો ઇતિહાસ

પ્રાચીન ગ્રીસ અને રોમ

19મી સદીની શરૂઆતમાં, થોમસ યંગના વિવર્તન સાથેના પ્રયોગોએ તરંગ સિદ્ધાંતની તરફેણમાં આકર્ષક પુરાવા પૂરા પાડ્યા. તે જાણવા મળ્યું હતું કે પ્રકાશ ત્રાંસી તરંગો છે અને ધ્રુવીકરણ દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. જંગે સૂચવ્યું કે વિવિધ રંગો વિવિધ તરંગલંબાઇને અનુરૂપ છે. 1817 માં, ઑગસ્ટિન ફ્રેસ્નેલે એકેડેમી ઑફ સાયન્સિસ માટેના સંસ્મરણોમાં પ્રકાશના તેમના તરંગ સિદ્ધાંતની રૂપરેખા આપી. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમનો સિદ્ધાંત બનાવવામાં આવ્યા પછી, પ્રકાશને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો તરીકે ઓળખવામાં આવ્યો. 19મી સદીના અંતમાં તરંગ સિદ્ધાંતનો વિજય હચમચી ગયો હતો, જ્યારે મિશેલસન-મોર્લી પ્રયોગમાં ઈથરની શોધ થઈ ન હતી. તરંગોને એક માધ્યમની જરૂર હોય છે જેમાં તેઓ પ્રચાર કરી શકે, પરંતુ કાળજીપૂર્વક ડિઝાઇન કરાયેલા પ્રયોગોએ આ માધ્યમના અસ્તિત્વની પુષ્ટિ કરી નથી. આનાથી આલ્બર્ટ આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા સાપેક્ષતાના વિશેષ સિદ્ધાંતની રચના થઈ. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોની પ્રકૃતિ ફક્ત પદાર્થમાં વિક્ષેપના પ્રચાર કરતાં વધુ જટિલ હોવાનું બહાર આવ્યું છે. તેના કિરણોત્સર્ગ સાથે એકદમ કાળા શરીરના થર્મલ સંતુલનની સમસ્યા અંગે મેક્સ પ્લાન્કની વિચારણાને કારણે ભાગોમાં પ્રકાશ ઉત્સર્જિત કરવાનો વિચાર ઉદભવ્યો - પ્રકાશ ક્વોન્ટા, જેને ફોટોન કહેવામાં આવે છે. આઈન્સ્ટાઈનના ફોટોઈલેક્ટ્રીક ઈફેક્ટનું વિશ્લેષણ દર્શાવે છે કે પ્રકાશ ઊર્જાનું શોષણ ક્વોન્ટા દ્વારા પણ થાય છે.

ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના વિકાસ સાથે, લૂઈસ ડી બ્રોગ્લીનો તરંગ-કણ દ્વૈતતાનો વિચાર સ્થાપિત થયો, જે મુજબ પ્રકાશમાં એક સાથે તરંગ ગુણધર્મો હોવા જોઈએ, જે તેની વિવર્તન અને દખલ કરવાની ક્ષમતા અને કોર્પસ્ક્યુલર ગુણધર્મોને સમજાવે છે, જે તેના શોષણ અને ઉત્સર્જનને સમજાવે છે. .

તરંગ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સિદ્ધાંતો

વિશેષ સાપેક્ષતામાં પ્રકાશ

ક્વોન્ટમ થિયરી

તરંગ-કણ દ્વૈત

ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ

આંખ દ્વારા પ્રકાશની ધારણા

આપણે આપણી આસપાસની દુનિયાને માત્ર એટલા માટે જોઈ શકીએ છીએ કારણ કે પ્રકાશ અસ્તિત્વમાં છે અને માણસ તેને સમજવામાં સક્ષમ છે. બદલામાં, સ્પેક્ટ્રમની દૃશ્યમાન શ્રેણીમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનની વ્યક્તિની ધારણા એ હકીકતને કારણે થાય છે કે વ્યક્તિની આંખના રેટિનામાં રીસેપ્ટર્સ હોય છે જે આ રેડિયેશનને પ્રતિસાદ આપી શકે છે.

માનવ આંખના રેટિનામાં બે પ્રકારના પ્રકાશ-સંવેદનશીલ કોષો હોય છે: સળિયા અને શંકુ. સળિયા પ્રકાશ પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે અને ઓછા પ્રકાશની સ્થિતિમાં કાર્ય કરે છે, તેથી તે રાત્રિના દર્શન માટે જવાબદાર છે. જો કે, સંવેદનશીલતાની સ્પેક્ટ્રલ અવલંબન તમામ સળિયા માટે સમાન છે, તેથી સળિયા રંગોને અલગ પાડવાની ક્ષમતા પ્રદાન કરી શકતા નથી. તદનુસાર, તેમની સહાયથી પ્રાપ્ત કરેલી છબી ફક્ત કાળો અને સફેદ છે.

શંકુમાં પ્રકાશ પ્રત્યે પ્રમાણમાં ઓછી સંવેદનશીલતા હોય છે અને તે દિવસના સમયની દ્રષ્ટિ માટે એક મિકેનિઝમ પ્રદાન કરે છે જે ફક્ત ઉચ્ચ પ્રકાશ સ્તરે જ કાર્ય કરે છે. તે જ સમયે, સળિયાથી વિપરીત, માનવ રેટિનામાં એક નથી, પરંતુ ત્રણશંકુના પ્રકાર, તેમના સ્પેક્ટ્રલ સંવેદનશીલતા વિતરણના મેક્સિમાના સ્થાનમાં એકબીજાથી અલગ છે. પરિણામે, શંકુ માત્ર પ્રકાશની તીવ્રતા વિશે જ નહીં, પણ તેની સ્પેક્ટ્રલ રચના વિશે પણ માહિતી પ્રદાન કરે છે. આવી માહિતી માટે આભાર, વ્યક્તિ રંગ સંવેદના વિકસાવે છે.

પ્રકાશની સ્પેક્ટ્રલ કમ્પોઝિશન અનન્ય રીતે માનવો દ્વારા જોવામાં આવેલ તેના રંગને નિર્ધારિત કરે છે. જો કે, વાતચીત સાચી નથી: સમાન રંગ અલગ અલગ રીતે ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. મોનોક્રોમેટિક પ્રકાશના કિસ્સામાં, પરિસ્થિતિને સરળ બનાવવામાં આવે છે: પ્રકાશની તરંગલંબાઇ અને તેના રંગ વચ્ચેનો પત્રવ્યવહાર એક-થી-એક બને છે. આવા પાલન પરનો ડેટા કોષ્ટકમાં રજૂ કરવામાં આવ્યો છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન અને રંગોની ફ્રીક્વન્સીઝ વચ્ચેના પત્રવ્યવહારનું કોષ્ટક

પ્રકાશની પ્રકૃતિ વિશે પ્રથમ વૈજ્ઞાનિક પૂર્વધારણાઓ 17મી સદીમાં વ્યક્ત કરવામાં આવી હતી. આ સમય સુધીમાં, પ્રકાશના બે નોંધપાત્ર ગુણધર્મો શોધી કાઢવામાં આવ્યા હતા - એક સમાન માધ્યમમાં પ્રચારની સીધીતા અને પ્રકાશ બીમના પ્રચારની સ્વતંત્રતા, એટલે કે. બીજા પ્રકાશ બીમના પ્રચાર પર એક પ્રકાશ બીમના પ્રભાવની ગેરહાજરી.

I. ન્યૂટને 1672માં પ્રકાશની કોર્પસ્ક્યુલર પ્રકૃતિ સૂચવી. ન્યૂટનના સમકાલીન આર. હૂક અને એચ. હ્યુજેન્સ, જેમણે પ્રકાશના તરંગ સિદ્ધાંતનો વિકાસ કર્યો, તેમણે પ્રકાશના કોર્પસ્ક્યુલર સિદ્ધાંતનો વિરોધ કર્યો.

પ્રકાશની ગતિ. પ્રકાશની પ્રકૃતિના અભ્યાસમાં પ્રથમ મહાન પ્રગતિ એ પ્રકાશની ગતિનું માપન હતું.

પ્રકાશની ઝડપને માપવાની સૌથી સરળ રીત એ છે કે જાણીતા અંતર પર મુસાફરી કરવા માટે પ્રકાશ સિગ્નલ લે છે તે સમયને માપવાનો.

જો કે, આ પ્રકારના પ્રયોગો હાથ ધરવાના પ્રયાસો નિષ્ફળતામાં સમાપ્ત થયા; અરીસાથી કેટલાક કિલોમીટરના અંતરે પણ પ્રકાશની કોઈ મંદી શોધી શકાઈ નથી.

પ્રથમ વખત, ખગોળીય પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશની ગતિ પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવી હતી. ડેનિશ વૈજ્ઞાનિક ઓલાફ રોમર (1644-1710) 1676 માં. તેમણે શોધ્યું કે જ્યારે પૃથ્વી અને ગુરુ ગ્રહ વચ્ચેનું અંતર તેમની સૂર્યની આસપાસની ક્રાંતિને કારણે બદલાય છે, ત્યારે તેના પડછાયાના ગુરુના ઉપગ્રહ Ioના દેખાવની સામયિકતા બદલાય છે. એવા કિસ્સામાં જ્યારે પૃથ્વી ગુરુના સંબંધમાં સૂર્યની બીજી બાજુએ હોય, ત્યારે ઉપગ્રહ Io ગુરુની પાછળથી 22 મિનિટ પછી દેખાય છે જે ગણતરી મુજબ થવું જોઈએ. પરંતુ ઉપગ્રહો સમાન રીતે ગ્રહોની પરિક્રમા કરે છે, અને તેથી આ વિલંબ સ્પષ્ટ છે. રોમરે અનુમાન લગાવ્યું કે પૃથ્વી અને ગુરુ વચ્ચેનું અંતર વધવાથી ગુરુના ઉપગ્રહના દેખાવમાં વિલંબ થવાનું કારણ પ્રકાશની મર્યાદિત ગતિ છે. આમ, તે પ્રકાશની ગતિ નક્કી કરવામાં સક્ષમ હતો.

પ્રકાશની વ્યાખ્યા

પ્રકાશ એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન છે જે આંખ માટે અદ્રશ્ય છે. જ્યારે તે સપાટીને અથડાવે છે ત્યારે પ્રકાશ દેખાય છે. રંગો વિવિધ લંબાઈના તરંગોમાંથી રચાય છે. બધા રંગો એકસાથે સફેદ પ્રકાશ બનાવે છે. જ્યારે પ્રકાશ કિરણ પ્રિઝમ અથવા પાણીના ટીપા દ્વારા વક્રીવર્તિત થાય છે, ત્યારે રંગોનો સમગ્ર વર્ણપટ દૃશ્યમાન બને છે, જેમ કે મેઘધનુષ્ય. આંખ દૃશ્યમાન પ્રકાશની શ્રેણીને જુએ છે, 380 - 780 nm, જેની બહાર અલ્ટ્રાવાયોલેટ (UV) અને ઇન્ફ્રારેડ (IR) પ્રકાશ છે.

પ્રકાશના સિદ્ધાંતનો ઉદભવ

17મી સદીમાં, પ્રકાશના બે સિદ્ધાંતો ઊભા થયા: તરંગ અને કોર્પસ્ક્યુલર. કોર્પસ્ક્યુલર સિદ્ધાંત ન્યૂટન દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યો હતો, અને તરંગ સિદ્ધાંત હ્યુજેન્સ દ્વારા. હ્યુજેન્સના વિચારો અનુસાર, પ્રકાશ એ એક વિશિષ્ટ માધ્યમ, ઈથરમાં પ્રસરી રહેલી તરંગ છે, જે બધી જગ્યાને ભરી દે છે. બંને સિદ્ધાંતો લાંબા સમયથી સમાંતર રીતે અસ્તિત્વમાં છે. જો કોઈ એક સિદ્ધાંત અનુસાર ઘટનાને સમજાવવી અશક્ય હતી, તો બીજા અનુસાર આ ઘટનાને સમજાવી શકાય છે. તેથી જ આ બે સિદ્ધાંતો આટલા લાંબા સમય સુધી એકબીજાની સમાંતર અસ્તિત્વમાં છે.

ઉદાહરણ તરીકે: તીક્ષ્ણ પડછાયાઓની રચના તરફ દોરી જતા પ્રકાશનો રેક્ટીલીનિયર પ્રચાર, તરંગ સિદ્ધાંતના આધારે સમજાવી શકાતો નથી. જો કે, 19મી સદીની શરૂઆતમાં, વિવર્તન અને દખલગીરી જેવી અસાધારણ ઘટનાઓ શોધી કાઢવામાં આવી હતી, જેણે આ વિચારને જન્મ આપ્યો હતો કે તરંગ સિદ્ધાંતે આખરે કોર્પસ્ક્યુલર સિદ્ધાંતને હરાવ્યો હતો. 19મી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં, મેક્સવેલે દર્શાવ્યું હતું કે પ્રકાશ એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોનો એક વિશેષ કેસ છે. આ કાર્યોએ પ્રકાશના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સિદ્ધાંતના પાયા તરીકે સેવા આપી હતી. જો કે, 20મી સદીની શરૂઆતમાં એવું જાણવા મળ્યું હતું કે જ્યારે પ્રકાશ ઉત્સર્જિત અને શોષાય છે, ત્યારે તે કણોના પ્રવાહની જેમ વર્તે છે.

કોર્પસ્ક્યુલર સિદ્ધાંત

ઉત્સર્જિત (કોર્પસ્ક્યુલર): પ્રકાશમાં તેજસ્વી શરીર દ્વારા ઉત્સર્જિત નાના કણો (કોર્પસ્કલ્સ) નો સમાવેશ થાય છે. આ અભિપ્રાયને પ્રકાશના પ્રસારની સીધીતા દ્વારા સમર્થન આપવામાં આવ્યું હતું, જેના પર ભૌમિતિક ઓપ્ટિક્સ આધારિત છે, પરંતુ વિવર્તન અને દખલ આ સિદ્ધાંતમાં સારી રીતે બંધબેસતી નથી. આ તે છે જ્યાં તરંગ સિદ્ધાંત આવે છે.

તરંગ સિદ્ધાંત

તરંગ: પ્રકાશ એ અદ્રશ્ય વિશ્વ ઈથરમાં એક તરંગ છે. ન્યૂટનના વિરોધીઓ (હૂક, હ્યુજેન્સ)ને ઘણીવાર તરંગ સિદ્ધાંતના સમર્થકો કહેવામાં આવે છે, પરંતુ તે ધ્યાનમાં રાખવું જોઈએ કે તરંગનો અર્થ આધુનિક સિદ્ધાંતની જેમ સામયિક ઓસિલેશન ન હતો, પરંતુ એક જ આવેગ હતો; આ કારણોસર, પ્રકાશ અસાધારણ ઘટના અંગેના તેમના ખુલાસાઓ ભાગ્યે જ બુદ્ધિગમ્ય હતા અને ન્યુટન સાથે સ્પર્ધા કરી શક્યા ન હતા (હ્યુજેન્સે વિવર્તનનું ખંડન કરવાનો પ્રયાસ પણ કર્યો હતો). વિકસિત વેવ ઓપ્ટિક્સ ફક્ત 19મી સદીની શરૂઆતમાં જ દેખાયા હતા.

ન્યૂટનને ઘણીવાર પ્રકાશના કોર્પસ્ક્યુલર સિદ્ધાંતના સમર્થક માનવામાં આવે છે; હકીકતમાં, હંમેશની જેમ, તેણે "પૂર્વકલ્પનાઓની શોધ કરી ન હતી" અને સહેલાઈથી સ્વીકાર્યું કે પ્રકાશ પણ ઈથરમાં તરંગો સાથે સંકળાયેલ હોઈ શકે છે. 1675 માં રોયલ સોસાયટીને રજૂ કરાયેલા ગ્રંથમાં, તે લખે છે કે પ્રકાશ માત્ર ઈથરના સ્પંદનો હોઈ શકતો નથી, ત્યારથી તે, ઉદાહરણ તરીકે, અવાજની જેમ વક્ર પાઇપ દ્વારા મુસાફરી કરી શકે છે. પરંતુ, બીજી બાજુ, તે સૂચવે છે કે પ્રકાશનો પ્રસાર ઈથરમાં સ્પંદનોને ઉત્તેજિત કરે છે, જે વિવર્તન અને અન્ય તરંગ અસરોને જન્મ આપે છે. અનિવાર્યપણે, ન્યુટન, બંને અભિગમોના ફાયદા અને ગેરફાયદાથી સ્પષ્ટપણે વાકેફ છે, તે સમાધાન, પ્રકાશના કણ-તરંગ સિદ્ધાંતને આગળ ધપાવે છે. તેમના કાર્યોમાં, ન્યૂટને પ્રકાશના ભૌતિક વાહકના પ્રશ્નને બાજુ પર રાખીને પ્રકાશની ઘટનાના ગાણિતિક મોડલનું વિગતવાર વર્ણન કર્યું: “પ્રકાશ અને રંગોના વક્રીભવન વિશેનું મારું શિક્ષણ ફક્ત તેના મૂળ વિશે કોઈપણ પૂર્વધારણાઓ વિના પ્રકાશના ચોક્કસ ગુણધર્મોને સ્થાપિત કરવામાં સમાયેલું છે. " વેવ ઓપ્ટિક્સ, જ્યારે તે દેખાયા, ત્યારે તેણે ન્યૂટનના મોડલ્સને નકાર્યા ન હતા, પરંતુ તેમને શોષી લીધા અને નવા આધાર પર વિસ્તૃત કર્યા.

પૂર્વધારણાઓ પ્રત્યે અણગમો હોવા છતાં, ન્યૂટને ઓપ્ટિક્સના અંતમાં વણઉકેલાયેલી સમસ્યાઓ અને તેના સંભવિત જવાબોની સૂચિનો સમાવેશ કર્યો હતો. જો કે, આ વર્ષોમાં તે પહેલેથી જ આ પરવડી શકે છે - "પ્રિન્સિપિયા" પછી ન્યૂટનની સત્તા નિર્વિવાદ બની ગઈ, અને થોડા લોકોએ તેને વાંધો ઉઠાવવાની હિંમત કરી. સંખ્યાબંધ પૂર્વધારણાઓ ભવિષ્યવાણી બની. ખાસ કરીને, ન્યુટને આગાહી કરી હતી:

ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રમાં પ્રકાશનું વિચલન;

પ્રકાશના ધ્રુવીકરણની ઘટના;

પ્રકાશ અને પદાર્થનું આંતરરૂપાંતરણ.

પુસ્તક “બ્રહ્માંડ. ઑપરેટરનું મેન્યુઅલ આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્રના સૌથી મહત્વપૂર્ણ - અને, અલબત્ત, સૌથી વધુ રસપ્રદ - પ્રશ્નો માટે સંપૂર્ણ માર્ગદર્શિકા છે: "શું સમયની મુસાફરી શક્ય છે?", "શું ત્યાં સમાંતર બ્રહ્માંડો છે?", "જો બ્રહ્માંડ વિસ્તરી રહ્યું છે, તો ક્યાં છે? તે વિસ્તરી રહ્યું છે?" , "શું થશે જો, પ્રકાશની ગતિને વેગ આપીને, તમે તમારી જાતને અરીસામાં જોશો?", "પાર્ટિકલ કોલાઈડર શા માટે જરૂરી છે અને શા માટે તેઓ સતત કામ કરે છે? શું તેઓ અવિરતપણે સમાન પ્રયોગોનું પુનરાવર્તન કરતા નથી?" રમૂજ, વિરોધાભાસ, આકર્ષકતા અને પ્રસ્તુતિની સુલભતાએ આ પુસ્તકને જી. પેરેલમેન, એસ. હોકિંગ, બી. બ્રાયસન અને બી. ગ્રીનના બેસ્ટ સેલર તરીકે સમાન શેલ્ફ પર મૂક્યું છે! આધુનિક વિજ્ઞાનમાં રુચિ ધરાવતા દરેક માટે એક વાસ્તવિક ભેટ - ઉચ્ચ શાળાના જિજ્ઞાસુ વિદ્યાર્થીથી લઈને તેના મનપસંદ શિક્ષક સુધી, ફિલોલોજીના વિદ્યાર્થીથી લઈને ભૌતિક અને ગાણિતિક વિજ્ઞાનના ડૉક્ટર સુધી!

જ્યારે રેડિયો તરંગ તમારા એન્ટેના સુધી પહોંચે છે, ત્યારે તે ધ્વનિ તરંગમાં રૂપાંતરિત થાય છે (જે સ્પીકર્સમાં પટલની હિલચાલ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે), અને ધ્વનિ તરંગ લગભગ 340 મીટર પ્રતિ સેકન્ડની ઝડપે તમને ચહેરા પર અથડાવે છે. આનો અર્થ એ છે કે, દુર્લભ અપવાદો સાથે, રેડિયો સિગ્નલને રેડિયો સ્ટેશનના ટ્રાન્સમીટરથી તમારા રેડિયો સુધી મુસાફરી કરવામાં ઓછો સમય લાગે છે તેના કરતાં તે ધ્વનિ તરંગને સ્પીકરથી તમારા કાન સુધી મુસાફરી કરે છે.

અંતે, તરંગલંબાઇ પણ છે - અડીને મહત્તમ અને લઘુત્તમ વચ્ચેનું અંતર, અને તે જ સમયે તરંગના રંગ અને ઊર્જાની લાક્ષણિકતા. દૃશ્યમાન પ્રકાશની તરંગલંબાઇ મિલીમીટરના એક હજારમા ભાગ કરતાં થોડી ઓછી હોય છે. નીચલા ઊર્જા તરંગો, જેમ કે રેડિયો તરંગો, સેન્ટીમીટર કરતાં લાંબા હોય છે. ઉચ્ચ ઉર્જા તરંગો, જેમ કે એક્સ-રે, 10 -11 - 10 -8 મીટરની તરંગલંબાઇ ધરાવે છે, અને ગામા કિરણોમાં પણ વધુ ઉર્જા હોય છે. તેમને ટાળવું વધુ સારું છે, કારણ કે જો તમે તેમને મફત લગામ આપો છો, તો તેઓ તરત જ અલૌકિક ક્ષમતાઓ સાથે પહોંચેલા દરેકને પુરસ્કાર આપશે.

એવું લાગે છે કે આ બે ચિત્રો - એક તરંગ અને એક કણ - ખૂબ જ અલગ છે. બીજી બાજુ, તે તારણ આપે છે કે બંને બરાબર એક જ વસ્તુની આગાહી કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આપણે જાણીએ છીએ કે જો આપણે અરીસા પર પ્રકાશ પાડીએ, તો પ્રકાશ અરીસામાંથી પ્રતિબિંબિત થશે અને આંખ દ્વારા જોવામાં આવશે.

કણોના વિચાર દ્વારા પ્રતિબિંબ ખૂબ જ સરળતાથી સમજાવવામાં આવે છે. જો તમે અમારા જેવા છો, તો છોકરાઓ સાથે બોલને લાત મારવાની સામાન્ય રમતમાં ગેરેજના દરવાજા પર ટેનિસ બોલ ફેંકવાનો સમાવેશ થાય છે. સુસ્ત સર્વ, જોરથી "બૂમ" અને બેડોળ ઉછાળો - અને બોલ તમારા હાથમાં પાછો આવી ગયો. જો તમે ખૂબ જ સખત ધ્યાન કેન્દ્રિત કરો છો, તો તમને કદાચ યાદ હશે કે તેઓએ તમને બોલ વિશે કેવી રીતે સમજાવ્યું હતું: "આપણાનો કોણ પ્રતિબિંબના ખૂણા સમાન છે." અથવા કદાચ નહીં. કદાચ જો તમે ખરેખર સખત ધ્યાન કેન્દ્રિત કરશો તો તમને ઇન્ડિયાના જોન્સની થીમ સાંભળવા મળશે. પછી તેના માટે અમારો શબ્દ લો. તમે ફોટોન પ્રતિબિંબ વિશે બધું જાણો છો. જો તમે ટેનિસ બોલને ફોટોનથી અને ગેરેજના દરવાજાને મિરરથી બદલો છો, તો તમે પ્રકાશનું સંપૂર્ણ વર્ણન કરો છો.

અલબત્ત, તરંગ બરાબર એ જ રીતે પ્રતિબિંબિત થાય છે. વાયોલિન અથવા કોન્સર્ટ હોલની રચનાની કલ્પના કરો. ધ્વનિશાસ્ત્ર પોતે જ્યારે રૂમની દિવાલો અથવા અન્ય ખાલી જગ્યામાંથી ઉછળે છે ત્યારે ધ્વનિ તરંગનું શું થાય છે તેના દ્વારા વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. તદુપરાંત, કણના કિસ્સામાં બરાબર, પ્રકાશનું પ્રતિબિંબ જાદુઈ સંબંધનું પાલન કરે છે - "બનાવનો કોણ પ્રતિબિંબના કોણ સમાન છે."

એવું લાગે છે કે કણો અને તરંગો વિશેની આ બધી ચર્ચા સોફિસ્ટ્રી કરતાં વધુ કંઈ નથી: છેવટે, બંને પૂર્વધારણાઓ પ્રતિબિંબને બરાબર એ જ રીતે સમજાવે છે. પરંતુ ચિંતા કરશો નહીં - તરંગો અને કણો બધું એક જ રીતે સમજાવતા નથી.

અમારા માટે (અને હ્યુજેન્સ માટે), તરંગ રસપ્રદ અને ઉપયોગી છે કારણ કે બે તરંગો એકબીજા સાથે દખલ કરી શકે છે. એક શાંત તળાવમાં બે કાંકરા ફેંકો અને તમે જોશો કે અમારો અર્થ શું છે.

ભૌતિક ઘટનાઓને કોઈપણ રીતે સમજાવી શકાય છે, પરંતુ તેઓ એક મહત્વપૂર્ણ પ્રશ્નનો જવાબ આપતા નથી: પ્રકાશમાં શું હોય છે - ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો અથવા કણો? આ વિવાદ સેંકડો વર્ષો સુધી, 20મી સદી સુધી ચાલ્યો, જ્યારે એવી જાહેરાત કરવામાં આવી કે મિત્રતા જીતી ગઈ છે, જેમ કે કિન્ડરગાર્ટનમાં કલાપ્રેમી પ્રદર્શન સ્પર્ધા. આ કેવી રીતે થાય છે તે સમજવા માટે, ચાલો આપણા હીરો - શ્રી જેકિલ પર પાછા ફરીએ.

કાયદાના અમલીકરણ અધિકારીઓ સાથે સ્નોબોલ ફેંકવાના અને નિર્દોષ મજાક રમ્યાના કંટાળાજનક દિવસ પછી, ડૉ. જેકિલ નવા પ્રયોગોમાં વ્યસ્ત રહેવા માટે તેમની પ્રયોગશાળામાં ઘરે પાછા ફરે છે. તેની પાસે ત્યાં તેના નિકાલ પર વધુ સંસ્કારી વૈજ્ઞાનિક ઉપકરણ હોવાથી, તે અપેક્ષા મુજબ યંગનો ડબલ સ્લિટ પ્રયોગ કરી શકે છે. એટલે કે, વાડ અને સ્નોબોલને બદલે, તે લેસર સ્ત્રોતમાંથી પાતળી ઊભી ચીરો અને પ્રકાશ સાથે સ્ક્રીનનો ઉપયોગ કરે છે. આગળની સ્ક્રીનની પાછળ પાછળની પ્રોજેક્શન સ્ક્રીન છે જેના પર આપણે પ્રકાશ પેટર્ન જોઈએ છીએ. સારું, તમને શું લાગે છે કે ડૉ. જેકિલ જોશે?

અહીં વિચારવા જેવું કંઈ નથી. તે દૂર સ્ક્રીન પર એક તેજસ્વી ઊભી રેખા જોશે.

બીજી બાજુ, જો તે આગળની સ્ક્રીનમાં બે સ્લિટ્સ કાપી નાખે છે, તો ચિત્ર કંઈક વધુ જટિલ બની જાય છે.

પછી ડૉ. જેકિલને ખબર પડી કે તેમનામાં રહેલું જાનવર જાગી ગયું છે - મિસ્ટર હાઈડ. પ્રકાશ બંને સ્લિટ્સમાંથી પસાર થાય છે, અને એકમાંથી તરંગ બીજાના તરંગમાં દખલ કરે છે, જેના કારણે પ્રોજેક્શન સ્ક્રીન પર એક જટિલ પેટર્ન દેખાય છે.

જંગની મૂળ નોંધો અનુસાર, ઉપરથી બે સ્લિટ્સ સાથેનું ઉપકરણ આ જેવું દેખાતું હતું.

પ્રકાશ A અને B સ્લિટ્સમાંથી પસાર થાય છે, વિરુદ્ધ સ્ક્રીન પર પહોંચે છે અને C, D, E અને F બિંદુઓ પર તેજસ્વી ફોલ્લીઓ બનાવે છે (અને જ્યાં યંગ ડાયાગ્રામ તોડે છે ત્યાં ઉપર અને નીચે). શું આ એક પરિચિત ચિત્ર છે? જાણે તમે પોઈન્ટ A અને B પર તળાવમાં કાંકરા ફેંક્યા હોય? એકબીજા સાથે દખલ કરતી તરંગો કેવા દેખાય છે તેનું તે માત્ર એક વધુ સચોટ સંસ્કરણ છે.

જો તમે આ ચર્ચામાંથી કંઈપણ દૂર ન કરો તો પણ, તમારે જાણવું જોઈએ કે ઘણી બધી તેજસ્વી રેખાઓ એ નિશ્ચિત સંકેત છે કે અમે દખલગીરી સાથે કામ કરી રહ્યા છીએ. એકબીજા સાથે દખલ કરવા માટે, પ્રકાશ કિરણો એક જ સમયે જમણી અને ડાબી બંને સ્લિટ્સમાંથી પસાર થવી જોઈએ, અન્યથા આપણે સામેની સ્ક્રીન પર જે જટિલ પેટર્ન જોઈએ છીએ તે આપણને મળશે નહીં.

પ્રતિબિંબથી વિપરીત, કણોમાંથી દખલ મેળવવાનો કોઈ રસ્તો નથી. જો તમે દરેક હાથમાં બિલિયર્ડ બોલ લો અને તેમને એકસાથે દબાણ કરો, તો ત્યાં કોઈ સ્થાનો નહીં હોય જ્યાં દડા દખલ કરે. ફક્ત તરંગો ઉમેરે છે અને દખલ કરે છે.

તેથી અહીં એક સરળ વ્યવહારુ માર્ગદર્શિકા છે:

બે તેજસ્વી રેખાઓ = જેવા કણો (જેકીલ);

ઘણી બધી તેજસ્વી રેખાઓ = તરંગોની જેમ (હાઈડ).