Relevansi topik saya terletak pada menarik dan bermanfaat bagi pendengar karena banyak orang melihatnya dengan jelas langit biru, kagumi, dan hanya sedikit yang tahu mengapa warnanya sangat biru, apa yang memberinya warna seperti itu.

Unduh:

Pratinjau:

1. Perkenalan. Dengan. 3
2. Bagian utama. Dengan. 4 -6

1. Tebakan teman sekelasku

1. Dugaan para ilmuwan kuno
2. Sudut pandang modern
3. Warna langit yang berbeda
4. Kesimpulan.

1. Kesimpulan. Dengan. 7
2. Literatur. Dengan. 8

1. Pendahuluan.

Saya suka saat cuaca cerah, cerah, langit tanpa awan, dan warna langit biru. “Saya bertanya-tanya,” pikir saya, “mengapa langit berwarna biru?”

Topik penelitian:Mengapa langit berwarna biru?

Tujuan penelitian:cari tahu mengapa langit berwarna biru?

Tujuan penelitian:

Cari tahu asumsi para ilmuwan kuno.

Cari tahu yang modern poin ilmiah penglihatan.

Amati warna langit.

Objek studi- literatur sains populer.

Subyek studi- warna biru langit.

Hipotesis penelitian:

Katakanlah awan terdiri dari uap air dan air warna biru;

Atau matahari memiliki sinar yang mewarnai langit dengan warna ini.

Rencana studi:

1. Lihat ensiklopedia;
2. Temukan informasi di Internet;
3. Ingat topik yang telah Anda pelajari tentang dunia sekitar Anda;
4. Tanya ibu;
5. Cari tahu pendapat teman sekelas.

Relevansi topik saya terletak pada kenyataan bahwa topik ini akan menarik dan bermanfaat bagi pendengar karena banyak orang memandang langit biru cerah dan mengaguminya, dan hanya sedikit yang tahu mengapa warnanya begitu biru, apa yang memberinya warna seperti itu.

2. Bagian utama.

Tebakan teman sekelasku.

Saya bertanya-tanya apa jawaban teman sekelas saya ketika ditanya: mengapa langit berwarna biru? Mungkin pendapat seseorang akan sama dengan pendapat saya, atau mungkin akan sangat berbeda.

24 siswa kelas 3 sekolah kami disurvei. Analisis tanggapan menunjukkan:

8 siswa berpendapat bahwa langit berwarna biru karena adanya air yang menguap dari bumi;

4 siswa menjawab warna biru menenangkan;

4 siswa berpendapat bahwa warna langit dipengaruhi oleh atmosfer dan matahari;

3 siswa percaya bahwa ruang itu gelap dan suasananya putih, sehingga timbul warna biru.

2 siswa percaya bahwa sinar matahari dibiaskan di atmosfer dan terbentuklah warna biru.

2 siswa menyarankan pilihan ini - warna biru langit - karena dingin.

1 siswa - beginilah cara alam bekerja.

Sangat menarik bahwa salah satu hipotesis saya bertepatan dengan pendapat paling umum dari orang-orang - awan terdiri dari uap air, dan air berwarna biru.

Dugaan para ilmuwan kuno.

Ketika saya mulai mencari jawaban atas pertanyaan saya di literatur, saya mengetahui bahwa banyak ilmuwan yang memutar otak untuk mencari jawaban. Banyak hipotesis dan asumsi dibuat.

Misalnya, Yunani kuno, untuk pertanyaan - mengapa langit berwarna biru? - Saya akan langsung menjawab tanpa ragu: “Langit berwarna biru karena terbuat dari batu kristal paling murni!” Langit adalah beberapa bola kristal, dimasukkan satu sama lain dengan akurasi luar biasa. Dan di tengahnya adalah Bumi, dengan laut, kota, kuil, puncak gunung, jalan hutan, kedai minuman dan benteng.

Ini adalah teori orang Yunani kuno, tapi mengapa mereka berpikir demikian? Langit tidak bisa disentuh, orang hanya bisa melihatnya. Perhatikan dan renungkan. Dan membuat berbagai tebakan. Di zaman kita, tebakan seperti itu disebut “ teori ilmiah“, tapi di zaman Yunani kuno disebut tebakan. Jadi, setelah pengamatan yang panjang dan refleksi yang lebih lama, orang Yunani kuno memutuskan bahwa ini adalah hal yang sederhana dan penjelasan yang bagus fenomena aneh seperti warna biru langit.

Saya memutuskan untuk memeriksa mengapa mereka berpikir seperti itu. Jika kita meletakkan sepotong kaca biasa, kita akan melihatnya transparan. Tetapi jika Anda menumpuk setumpuk gelas tersebut dan mencoba melihatnya, Anda akan melihat warna kebiruan.

Penjelasan sederhana tentang warna langit ini bertahan selama satu setengah ribu tahun.

Leonardo da Vinci menyarankan agar langit dicat dengan warna ini karena “...cahaya di atas kegelapan menjadi biru...”.

Beberapa ilmuwan lain memiliki pendapat yang sama, tetapi kemudian menjadi jelas bahwa hipotesis ini pada dasarnya salah, karena jika Anda mencampurkan hitam dengan putih, kecil kemungkinannya Anda akan mendapatkan warna biru, karena kombinasi warna-warna ini hanya menghasilkan abu-abu dan coraknya.

Beberapa saat kemudian, pada abad ke-18, diyakini bahwa warna langit ditentukan oleh komponen udara. Menurut teori ini, diyakini bahwa udara mengandung banyak kotoran udara bersih akan menjadi hitam. Setelah teori ini, masih banyak lagi asumsi dan dugaan, namun tidak ada yang bisa membenarkan dirinya sendiri.

Sudut pandang modern.

Saya beralih ke pendapat ilmuwan modern. Ilmuwan modern telah menemukan jawabannya dan membuktikan mengapa langit berwarna biru.

Langit hanyalah udara, udara biasa yang kita hirup setiap detiknya, yang tidak dapat dilihat atau disentuh, karena transparan dan tidak berbobot. Tapi kita menghirup udara transparan, mengapa warnanya biru di atas kepala kita?

Seluruh rahasianya ada di atmosfer kita.

Sinar matahari harus melewati lapisan udara yang sangat besar sebelum mengenai tanah.

Sinar matahari berwarna putih. A putih adalah campuran sinar berwarna. Seperti pantun kecil yang memudahkan mengingat warna pelangi:

1. masing-masing (merah)
2. pemburu (oranye)
3. keinginan (kuning)
4. tahu (hijau)
5. dimana (biru)
6. duduk (biru)
7. burung pegar (ungu)

Sinar matahari, bertabrakan dengan partikel udara, pecah menjadi sinar tujuh warna.

Sinar merah dan oranye adalah yang terpanjang dan berasal dari matahari langsung ke mata kita. Dan sinar biru adalah yang terpendek, memantulkan partikel udara ke segala arah dan mencapai tanah lebih sedikit dibandingkan sinar lainnya. Dengan demikian, langit dipenuhi sinar biru.

Warna langit yang berbeda.

Langit tidak selalu biru. Misalnya pada malam hari, saat matahari tidak memancarkan sinarnya, kita melihat langit tidak biru, suasana terkesan transparan. Dan melalui udara transparan, seseorang dapat melihat planet dan bintang. Dan pada siang hari, warna biru kembali menyembunyikan benda kosmik dari mata kita.

Warna langit merah - saat matahari terbenam, saat cuaca mendung, putih atau abu-abu.

Kesimpulan.

Jadi setelah melakukan penelitian, saya bisa melakukannya kesimpulan berikut:

1. seluruh rahasianya ada pada warna langit di atmosfer kita- di cangkang udara planet Bumi.
2. Sinar matahari yang melewati atmosfer terpecah menjadi sinar tujuh warna.
3. Sinar merah dan oranye adalah yang terpanjang, dan sinar biru adalah yang terpendek..
4. Sinar biru mencapai bumi lebih sedikit dibandingkan sinar lainnya, dan berkat sinar ini langit dipenuhi dengan warna biru.
5. Langit tidak selalu biru.

Yang penting sekarang saya tahu kenapa langit berwarna biru. Hipotesis kedua saya sebagian terkonfirmasi; matahari memiliki sinar yang mewarnai langit dengan warna ini. Tebakan kedua teman sekelasku ternyata paling mendekati jawaban benar.

Penjelasan sederhana

Apa itu surga?

Langit tidak terbatas. Bagi bangsa mana pun, langit adalah simbol kesucian, karena diyakini Tuhan sendiri yang tinggal di sana. Orang-orang menghadap ke langit, meminta hujan, atau sebaliknya meminta matahari. Artinya, langit bukan sekedar udara, langit adalah simbol kesucian dan kepolosan.

Langit - hanya udara, udara biasa yang kita hirup setiap detik, yang tidak dapat dilihat atau disentuh, karena transparan dan tidak berbobot. Tapi kita menghirup udara transparan, mengapa warnanya biru di atas kepala kita? Udara mengandung beberapa unsur, nitrogen, oksigen, karbon dioksida, uap air, berbagai bintik debu yang terus bergerak.

Dari sudut pandang fisika

Dalam praktiknya, seperti yang dikatakan para fisikawan, langit hanyalah udara yang diwarnai oleh sinar matahari. Sederhananya, matahari bersinar di Bumi, tapi sinar matahari Untuk melakukan ini, mereka harus melewati lapisan udara besar yang menyelimuti bumi. Dan seperti seberkas sinar matahari yang mempunyai banyak warna, atau lebih tepatnya tujuh warna pelangi. Bagi yang belum mengetahuinya, perlu diingat bahwa tujuh warna pelangi adalah merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila, ungu.

Selain itu, setiap sinar memiliki semua warna ini, dan ketika melewati lapisan udara ini, ia menyemprotkan berbagai warna pelangi ke segala arah, tetapi terjadi hamburan warna biru yang paling kuat, yang menyebabkan langit memperoleh warna biru. Singkatnya, langit biru adalah percikan yang dihasilkan oleh pancaran sinar yang diwarnai dengan warna tersebut.

Dan di bulan

Tidak ada atmosfer sehingga langit di Bulan tidak berwarna biru, melainkan hitam. Astronot yang memasuki orbit melihat langit hitam pekat dengan planet dan bintang berkilauan. Tentu saja, langit di Bulan terlihat sangat indah, namun Anda tetap tidak ingin melihat langit yang selalu hitam di atas kepala Anda.

Langit berubah warna

Langit tidak selalu biru; ia cenderung berubah warna. Semua orang mungkin pernah memperhatikan bahwa kadang berwarna keputihan, kadang biru kehitaman... Mengapa demikian? Misalnya pada malam hari, saat matahari tidak memancarkan sinarnya, kita melihat langit tidak biru, suasana tampak transparan bagi kita. Dan melalui udara transparan, seseorang dapat melihat planet dan bintang. Dan pada siang hari, warna biru akan kembali menyembunyikan ruang misterius dari mata yang mengintip.

Berbagai hipotesis Mengapa langit berwarna biru? (hipotesis Goethe, Newton, ilmuwan abad ke-18, Rayleigh)

Hipotesis apa yang belum dikemukakan waktu yang berbeda untuk menjelaskan warna langit. Mengamati bagaimana asap dengan latar belakang perapian yang gelap memperoleh warna kebiruan, Leonardo da Vinci menulis: "... terang di atas kegelapan menjadi biru, semakin indah, semakin baik terang dan gelapnya." sudut pandang Goethe, yang bukan hanya seorang penyair terkenal di dunia, tetapi juga ilmuwan alam terhebat pada masanya. Namun penjelasan tentang warna langit ini ternyata tidak dapat dipertahankan, karena seperti yang kemudian menjadi jelas, pencampuran hitam dan putih hanya dapat menghasilkan corak abu-abu, bukan corak berwarna. Warna biru asap dari perapian disebabkan oleh proses yang sama sekali berbeda.

Menyusul penemuan interferensi, khususnya pada film tipis, Newton mencoba menerapkan interferensi untuk menjelaskan warna langit. Untuk melakukan ini, ia harus berasumsi bahwa tetesan air berbentuk gelembung berdinding tipis, seperti gelembung sabun. Namun karena tetesan air yang terkandung di atmosfer sebenarnya berbentuk bola, hipotesis ini segera “meledak” seperti gelembung sabun.

Ilmuwan abad ke-18 Marriott, Bouguer, Euler mengira bahwa warna biru langit disebabkan oleh warnanya sendiri komponen udara. Penjelasan ini bahkan mendapat konfirmasi kemudian, pada abad ke-19, ketika diketahui bahwa oksigen cair berwarna biru, dan ozon cair berwarna biru. Paling dekat dengan penjelasan yang benar warna langit mendekati O.B. Saussure. Dia percaya bahwa jika udara benar-benar murni, langit akan menjadi hitam, tetapi udara mengandung kotoran yang sebagian besar mencerminkan warna biru (khususnya uap air dan tetesan air). Pada paruh kedua abad ke-19. Bahan percobaan yang kaya telah terakumulasi mengenai hamburan cahaya dalam cairan dan gas; khususnya, salah satu karakteristik cahaya tersebar yang datang dari langit—polarisasinya—telah ditemukan. Arago adalah orang pertama yang menemukan dan menjelajahinya. Ini terjadi pada tahun 1809. Belakangan, Babinet, Brewster dan ilmuwan lain mempelajari polarisasi cakrawala. Pertanyaan tentang warna langit begitu menarik perhatian para ilmuwan sehingga percobaan yang dilakukan pada hamburan cahaya dalam cairan dan gas, yang memiliki arti lebih luas, dilakukan dari sudut pandang “reproduksi laboratorium dari langit”. warna biru langit.” Judul karyanya menunjukkan hal ini: “Memodelkan warna biru langit "Brücke atau "Pada Warna Biru Langit, Polarisasi Cahaya oleh Materi Berawan secara Umum" oleh Tyndall Keberhasilan dari eksperimen ini mengarahkan pemikiran para ilmuwan. cara yang benar- mencari penyebab warna biru langit pada hamburan sinar matahari di atmosfer.

Yang pertama menciptakan teori matematika yang harmonis dan ketat hamburan molekul cahaya di atmosfer, adalah ilmuwan Inggris Rayleigh. Ia percaya bahwa hamburan cahaya tidak terjadi pada kotoran, seperti yang diperkirakan para pendahulunya, namun pada molekul udara itu sendiri. Karya pertama Rayleigh tentang hamburan cahaya diterbitkan pada tahun 1871. Dalam bentuk akhirnya, teori hamburannya, berdasarkan sifat elektromagnetik cahaya, yang ditetapkan pada saat itu, dituangkan dalam karya “On Light from the Sky, Its Polarization and Color,” yang diterbitkan pada tahun 1899. Untuk karyanya di bidang hamburan cahaya, Rayleigh (karyanya nama lengkap John William Strett, Lord Rayleigh III) sering disebut Rayleigh the Scatterer, berbeda dengan putranya, Lord Rayleigh IV. Rayleigh IV disebut Atmospheric Rayleigh atas kontribusinya yang besar terhadap perkembangan fisika atmosfer. Untuk menjelaskan warna langit, kami hanya akan menyajikan salah satu kesimpulan teori Rayleigh; kami akan merujuk beberapa kali pada kesimpulan lain dalam menjelaskan berbagai fenomena optik. Kesimpulan ini menyatakan bahwa kecerahan, atau intensitas, cahaya yang tersebar bervariasi berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang cahaya yang mengenai partikel hamburan tersebut. Jadi, hamburan molekul sangat sensitif terhadap perubahan sekecil apa pun pada panjang gelombang cahaya. Misalnya, panjang gelombang sinar ungu (0,4 μm) kira-kira setengah panjang gelombang sinar merah (0,8 μm). Oleh karena itu, sinar ungu akan dihamburkan 16 kali lebih kuat daripada sinar merah, dan dengan intensitas sinar datang yang sama, akan terdapat 16 kali lebih banyak sinar datang dalam cahaya yang tersebar. Semua sinar berwarna lain dari spektrum tampak (biru, cyan, hijau, kuning, oranye) akan dimasukkan dalam cahaya tersebar dalam jumlah yang berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang masing-masing sinar tersebut. Jika sekarang semua sinar hamburan berwarna dicampur dengan perbandingan ini, maka warna campuran sinar hamburan akan menjadi biru.

Sinar matahari langsung (yaitu, cahaya yang memancar langsung dari piringan matahari), kehilangan sebagian besar sinar biru dan ungu karena hamburan, memperoleh warna kekuningan yang lemah, yang semakin meningkat saat Matahari turun ke cakrawala. Sekarang sinar tersebut harus menempuh jarak yang semakin jauh melalui atmosfer. Di jalur yang panjang, hilangnya sinar gelombang pendek, yaitu sinar ungu, biru, cyan, menjadi semakin terlihat, dan di cahaya langsung Sebagian besar sinar gelombang panjang - merah, oranye, kuning - mencapai permukaan bumi. Oleh karena itu, warna Matahari dan Bulan mula-mula menjadi kuning, kemudian jingga dan merah. Warna merah Matahari dan warna biru langit merupakan dua akibat dari proses hamburan yang sama. Pada cahaya langsung, setelah melewati atmosfer, sebagian besar sinar gelombang panjang tetap ada (Matahari merah), sedangkan cahaya menyebar mengandung sinar gelombang pendek (langit biru). Dengan demikian, teori Rayleigh menjelaskan dengan sangat jelas dan meyakinkan misteri langit biru dan matahari merah.

hamburan molekul termal langit

Ketika angin melemparkan jubah putih halus transparan ke atas langit biru yang indah, orang-orang mulai semakin sering melihat ke atas. Jika pada saat yang sama ia juga mengenakan mantel bulu besar berwarna abu-abu dengan benang perak hujan, maka orang-orang di sekitarnya bersembunyi di bawah payung. Jika pakaiannya berwarna ungu tua, maka semua orang sedang duduk di rumah dan ingin melihat langit biru cerah.

Dan hanya ketika langit biru cerah yang telah lama ditunggu-tunggu muncul, mengenakan gaun biru mempesona yang dihiasi sinar matahari keemasan, orang-orang bersukacita - dan, sambil tersenyum, meninggalkan rumah mereka untuk mengantisipasi cuaca yang baik.

Pertanyaan mengapa langit berwarna biru telah mengkhawatirkan pikiran manusia sejak dahulu kala. Legenda Yunani telah menemukan jawabannya. Mereka mengklaim bahwa warna ini diberikan oleh kristal batu yang paling murni.

Pada masa Leonardo da Vinci dan Goethe, mereka juga mencari jawaban atas pertanyaan mengapa langit berwarna biru. Mereka percaya bahwa warna biru langit diperoleh dengan mencampurkan cahaya dengan kegelapan. Namun kemudian teori ini dibantah karena dianggap tidak dapat dipertahankan, karena ternyata dengan menggabungkan warna-warna tersebut, Anda hanya bisa mendapatkan corak spektrum abu-abu, bukan warna.

Setelah beberapa waktu, jawaban atas pertanyaan mengapa langit berwarna biru dicoba dijelaskan pada abad ke-18 oleh Marriott, Bouguer dan Euler. Mereka percaya bahwa ini adalah warna alami dari partikel penyusun udara. Teori ini populer bahkan pada awal abad berikutnya, terutama ketika ditemukan bahwa oksigen cair berwarna biru dan ozon cair berwarna biru.

Saussure adalah orang pertama yang mengemukakan gagasan yang kurang lebih masuk akal, yang menyatakan bahwa jika udara benar-benar murni, tanpa kotoran, langit akan menjadi hitam. Tapi karena suasananya mengandung berbagai elemen(misalnya, uap atau tetesan air), kemudian memantulkan warnanya, memberi warna yang diinginkan pada langit.

Setelah itu, para ilmuwan mulai semakin dekat dengan kebenaran. Arago menemukan polarisasi, salah satu ciri cahaya tersebar yang memantul ke langit. Fisika jelas membantu ilmuwan dalam penemuan ini. Belakangan, peneliti lain mulai mencari jawabannya. Pada saat yang sama, pertanyaan mengapa langit berwarna biru sangat menarik minat para ilmuwan sehingga hal itu dilakukan untuk mengetahuinya jumlah yang sangat besar berbagai eksperimen yang memunculkan gagasan itu alasan utama Munculnya warna biru disebabkan oleh fakta bahwa sinar matahari kita tersebar begitu saja di atmosfer.

Penjelasan

Orang pertama yang menciptakan jawaban berbasis matematis untuk hamburan cahaya molekuler adalah peneliti Inggris Rayleigh. Ia berhipotesis bahwa cahaya tersebar bukan karena kotoran di atmosfer, namun karena molekul udara itu sendiri.

Teorinya dikembangkan - dan inilah kesimpulan yang dicapai para ilmuwan. Sinar matahari sampai ke bumi melalui atmosfernya (lapisan udara tebal), yang disebut amplop udara planet. Langit gelap terisi penuh dengan udara, yang meskipun sepenuhnya transparan, tidak kosong, tetapi terdiri dari molekul gas - nitrogen (78%) dan oksigen (21%), serta tetesan air, uap, kristal es, dan kecil. bagian-bagian bahan keras

(misalnya partikel debu, jelaga, abu, garam laut, dll). Beberapa sinar berhasil lewat dengan bebas di antara keduanya molekul gas , sepenuhnya melewati mereka, dan karenanya mencapai permukaan planet kita tanpa perubahan, tetapi sebagian besar sinar bertabrakan dengan molekul gas, yang menjadi tereksitasi, menerima energi dan dilepaskan ke dalam sisi yang berbeda

sinar warna-warni, mewarnai langit sepenuhnya, sehingga kita melihat langit biru cerah. Cahaya putih sendiri terdiri dari seluruh warna pelangi yang sering terlihat jika dipecah menjadi beberapa bagian komponennya. Kebetulan molekul udara paling banyak menghamburkan warna biru dan ungu, karena warna tersebut paling banyak

bagian pendek spektrum karena mempunyai panjang gelombang terpendek. Ketika dicampur dalam suasana biru dan bunga ungu Dengan

Karena atmosfer planet kita tidak homogen, melainkan berbeda (lebih padat di dekat permukaan bumi daripada di atas), ia memiliki struktur dan sifat yang berbeda, kita dapat mengamati warna biru. Sebelum matahari terbenam atau terbit, ketika panjang sinar matahari bertambah secara signifikan, warna biru dan ungu tersebar di atmosfer dan sama sekali tidak mencapai permukaan planet kita. Gelombang kuning-merah yang kita amati di langit selama kurun waktu tersebut berhasil tercapai.

Pada malam hari, ketika sinar matahari tidak dapat mencapai sisi tertentu dari planet ini, atmosfer di sana menjadi transparan, dan kita melihat ruang “hitam”. Persis seperti inilah yang dilihat para astronot di atas atmosfer. Patut dicatat bahwa para astronot beruntung, karena ketika mereka berada lebih dari 15 km di atas permukaan bumi, pada siang hari mereka dapat mengamati Matahari dan bintang secara bersamaan.

Warna langit di planet lain

Karena warna langit sangat bergantung pada atmosfer, tidak mengherankan jika hal ini terjadi planet yang berbeda dia warna yang berbeda. Menariknya, atmosfer Saturnus memiliki warna yang sama dengan planet kita.

Langit Uranus memiliki warna biru laut yang sangat indah. Atmosfernya sebagian besar terdiri dari helium dan hidrogen. Ini juga mengandung metana, yang menyerap warna merah sepenuhnya dan menyebarkan warna hijau dan biru. Langit Neptunus berwarna biru: atmosfer planet ini tidak mengandung helium dan hidrogen sebanyak atmosfer kita, tetapi terdapat banyak metana, yang menetralkan cahaya merah.

Atmosfer di Bulan, satelit Bumi, serta di Merkurius dan Pluto sama sekali tidak ada, sehingga sinar cahaya tidak dipantulkan, sehingga langit di sini berwarna hitam dan bintang-bintang mudah dibedakan. Biru dan warna hijau Sinar matahari terserap seluruhnya oleh atmosfer Venus, dan saat Matahari berada di dekat cakrawala, langit berwarna kuning.

Mengapa langit berwarna biru? Sulit untuk menemukan jawaban atas pertanyaan sederhana seperti itu. Banyak ilmuwan memutar otak untuk mencari jawabannya. Solusi terbaik masalah ini dikemukakan sekitar 100 tahun yang lalu oleh seorang fisikawan Inggris Tuan John Rayleigh.

Matahari memancarkan cahaya putih bersih yang menyilaukan. Artinya warna langitnya harus sama, namun tetap biru. Apa yang terjadi pada cahaya putih di atmosfer bumi?

Cahaya putih adalah campuran sinar berwarna. Dengan menggunakan prisma kita bisa membuat pelangi.

Prisma membagi berkas putih menjadi garis-garis berwarna:

■Merah

■Oranye

■ Kuning

■ Hijau

■ Biru

■ Biru

■ Ungu

Jika digabungkan, sinar-sinar ini kembali membentuk cahaya putih. Dapat diasumsikan bahwa sinar matahari pertama-tama dipecah menjadi komponen-komponen berwarna. Kemudian sesuatu terjadi dan hanya sinar biru yang mencapai permukaan bumi.

Lalu mengapa langit berwarna biru?

Ada beberapa kemungkinan penjelasan. Udara yang mengelilingi bumi merupakan campuran gas: nitrogen, oksigen, argon dan lain-lain. Ada juga uap air dan kristal es di atmosfer. Debu dan partikel kecil lainnya tersuspensi di udara. DI DALAM lapisan atas Ada lapisan ozon di atmosfer. Mungkinkah ini alasannya? Beberapa ilmuwan percaya bahwa molekul ozon dan air menyerap sinar merah dan memancarkan sinar biru. Namun ternyata ozon dan air di atmosfer tidak cukup untuk mewarnai langit biru.

Pada tahun 1869, seorang Inggris John Tindall menyarankan bahwa debu dan partikel lain menghamburkan cahaya. Cahaya biru paling sedikit tersebar dan melewati lapisan partikel tersebut untuk mencapai permukaan bumi. Di laboratoriumnya, ia menciptakan model kabut asap dan menyinarinya dengan sinar putih terang. Kabut asap berubah menjadi biru tua. Tindall memutuskan bahwa jika udara benar-benar cerah, cahaya tidak akan tersebar, dan kami dapat mengagumi langit putih cerah. Tuan Rayleigh juga mendukung ide ini, tapi tidak lama. Pada tahun 1899 ia menerbitkan penjelasannya:

Yang mewarnai langit biru adalah udara, bukan debu atau asap.

Teori utama tentang warna biru langit

Sebagian sinar matahari melewati molekul-molekul gas tanpa bertabrakan dengannya dan mencapai permukaan bumi tanpa perubahan. Lain, paling, diserap oleh molekul gas. Ketika foton diserap, molekul menjadi tereksitasi, yaitu bermuatan energi, dan kemudian memancarkannya dalam bentuk foton. Foton sekunder ini memiliki panjang gelombang berbeda dan dapat berwarna apa saja mulai dari merah hingga ungu. Mereka tersebar ke segala arah: menuju Bumi, menuju Matahari, dan ke samping. Lord Rayleigh menyarankan bahwa warna pancaran sinar bergantung pada dominasi kuanta warna tertentu dalam pancaran. Ketika molekul gas bertabrakan dengan foton sinar matahari, terdapat delapan kuanta biru untuk satu kuantum merah sekunder.

Apa hasilnya? Cahaya biru yang intens menyinari kita dari semua sisi dari miliaran molekul gas di atmosfer. Cahaya ini memiliki campuran foton warna lain, sehingga tidak murni biru.

Lalu mengapa matahari terbenam berwarna merah?

Namun, langit tidak selalu berwarna biru. Pertanyaan yang wajar muncul: jika kita melihat langit biru sepanjang hari, mengapa matahari terbenam berwarna merah? Warna merah paling sedikit dihamburkan oleh molekul gas. Pada saat matahari terbenam, Matahari mendekati ufuk dan sinar matahari diarahkan ke permukaan bumi tidak secara vertikal seperti pada siang hari, melainkan secara miring.

Oleh karena itu, jalur yang ditempuh melalui atmosfer sangatlah jauh lebih-lebih lagi bahwa itu terjadi pada siang hari ketika Matahari sedang tinggi. Oleh karena itu, spektrum biru-biru terserap di lapisan atmosfer yang tebal, tidak sampai ke Bumi. Dan yang lebih panjang gelombang cahaya spektrum merah-kuning mencapai permukaan bumi, mewarnai langit dan awan dengan warna merah dan kuning ciri khas matahari terbenam.

Penjelasan ilmiah

Di atas kami memberikan jawabannya dalam bahasa yang relatif sederhana. Di bawah ini kami mengutip alasan penggunaan istilah ilmiah dan formula.

Kutipan dari Wiki:

Alasan langit tampak biru adalah karena udara lebih banyak menghamburkan cahaya dengan panjang gelombang pendek daripada cahaya dengan panjang gelombang panjang. Intensitas hamburan Rayleigh yang disebabkan oleh fluktuasi jumlah molekul gas udara dalam volume yang sepadan dengan panjang gelombang cahaya, sebanding dengan 1/λ 4, λ adalah panjang gelombang, yaitu bagian ungu dari spektrum tampak tersebar kira-kira 16 kali lebih intens dari warna merah. Karena cahaya biru memiliki panjang gelombang yang lebih pendek, pada akhir spektrum tampak, cahaya tersebut lebih tersebar ke atmosfer dibandingkan cahaya merah. Oleh karena itu, area langit di luar arah Matahari berwarna biru (tetapi tidak ungu, karena spektrum matahari tidak merata dan intensitas warna ungu di dalamnya lebih sedikit, dan juga karena sensitivitasnya yang lebih rendah. dari mata ke warna ungu dan lebih banyak lagi ke warna biru, yang tidak hanya mengiritasi sel kerucut yang sensitif terhadap warna biru di retina, tetapi juga sel yang sensitif terhadap sinar merah dan hijau).

Saat matahari terbenam dan fajar, cahaya melintas secara tangensial permukaan bumi, sehingga jalur yang ditempuh cahaya di atmosfer menjadi lebih panjang dibandingkan pada siang hari. Karena itu, sebagian besar berwarna biru dan rata lampu hijau tersebar dari sinar matahari langsung, sehingga cahaya langsung matahari, serta awan yang disinarinya dan langit di dekat cakrawala, dicat dengan warna merah.

Mungkin saja, dengan komposisi atmosfer yang berbeda, misalnya di planet lain, warna langit, termasuk saat matahari terbenam, mungkin berbeda. Misalnya warna langit di Mars yang merah jambu kemerahan.

Hamburan dan serapan menjadi penyebab utama melemahnya intensitas cahaya di atmosfer. Hamburan bervariasi sebagai fungsi rasio diameter partikel hamburan terhadap panjang gelombang cahaya. Jika rasio ini kurang dari 1/10, terjadi hamburan Rayleigh, yang koefisien hamburannya sebanding dengan 1/λ 4 . Pada nilai rasio ukuran partikel hamburan terhadap panjang gelombang yang lebih besar, hukum hamburan berubah menurut Persamaan Gustave Mie; ketika rasio ini lebih besar dari 10, hukum optik geometris diterapkan dengan akurasi yang cukup untuk praktik.

Kegembiraan melihat dan memahami
adalah anugerah alam yang paling indah.
Albert EINSTEIN

Misteri langit biru

Mengapa langit berwarna biru?...

Tidak ada orang yang tidak memikirkan hal ini setidaknya sekali dalam hidupnya. Para pemikir abad pertengahan sudah mencoba menjelaskan asal usul warna langit. Beberapa dari mereka berpendapat bahwa biru adalah warna sebenarnya dari udara atau salah satu gas penyusunnya. Yang lain mengira warna langit yang sebenarnya adalah hitam, seperti yang terlihat di malam hari. Pada siang hari, warna hitam langit dipadukan dengan warna putih sinar matahari, dan hasilnya… biru.

Saat ini, mungkin Anda tidak akan bertemu dengan orang yang, ingin mendapatkan cat biru, akan mencampurkan warna hitam dan putih. Dan ada suatu masa ketika hukum pencampuran warna masih belum jelas. Mereka dipasang hanya tiga ratus tahun yang lalu oleh Newton.

Newton menjadi tertarik pada misteri tersebut biru langit. Dia mulai dengan menolak semua teori sebelumnya.

Pertama, menurutnya, campuran warna putih dan hitam tidak pernah menghasilkan warna biru. Kedua, biru sama sekali bukan warna udara yang sebenarnya. Jika demikian halnya, maka Matahari dan Bulan saat matahari terbenam tidak akan tampak merah sebagaimana adanya, melainkan biru. Seperti inilah penampakan puncak pegunungan bersalju di kejauhan.

Bayangkan udaranya berwarna. Meski sangat lemah. Kemudian lapisan tebal itu akan berfungsi seperti kaca yang dicat. Dan jika dilihat melalui kaca yang dicat, maka semua benda akan tampak memiliki warna yang sama dengan kaca tersebut. Mengapa puncak bersalju di kejauhan tampak berwarna merah muda bagi kita, bukan biru sama sekali?

Dalam perselisihan dengan pendahulunya, kebenaran ada di pihak Newton. Ia membuktikan bahwa udara tidak berwarna.

Tapi tetap saja dia tidak memecahkan teka-teki biru langit. Dia dibingungkan oleh pelangi, salah satu fenomena alam yang paling indah dan puitis. Mengapa tiba-tiba muncul dan menghilang secara tidak terduga? Newton tidak bisa puas dengan takhayul yang ada: pelangi adalah tanda dari atas, demikian ramalannya cuaca bagus. Dia berusaha menemukan penyebab material dari setiap fenomena. Dia juga menemukan alasan terjadinya pelangi.

Pelangi merupakan hasil pembiasan cahaya pada tetesan air hujan. Setelah memahami hal tersebut, Newton mampu menghitung bentuk busur pelangi dan menjelaskan urutan warna pelangi. Teorinya tidak hanya dapat menjelaskan kemunculan pelangi ganda, tetapi hal ini baru terjadi tiga abad kemudian dengan bantuan teori yang sangat kompleks.

Keberhasilan teori pelangi menghipnotis Newton. Ia secara keliru mengira bahwa warna biru langit dan pelangi disebabkan oleh alasan yang sama. Pelangi benar-benar muncul ketika sinar matahari menerobos segerombolan tetesan air hujan. Namun kebiruan langit tidak hanya terlihat saat hujan! Sebaliknya, saat cuaca cerah, bahkan tidak ada sedikit pun hujan, langit menjadi sangat biru. Bagaimana ilmuwan besar itu tidak memperhatikan hal ini? Newton mengira gelembung-gelembung kecil air, yang menurut teorinya hanya membentuk bagian biru pelangi, melayang di udara dalam cuaca apa pun. Tapi ini hanya khayalan.

Solusi pertama

Hampir 200 tahun berlalu, dan ilmuwan Inggris lainnya menangani masalah ini - Rayleigh, yang tidak takut bahwa tugas tersebut berada di luar kemampuan Newton yang hebat sekalipun.

Rayleigh mempelajari optik. Dan orang-orang yang mengabdikan hidupnya untuk mempelajari cahaya menghabiskan banyak waktu dalam kegelapan. Cahaya asing mengganggu eksperimen terbaik, itulah sebabnya jendela laboratorium optik hampir selalu ditutupi dengan tirai hitam yang tidak dapat ditembus.

Rayleigh tinggal berjam-jam di laboratoriumnya yang suram sendirian dengan seberkas cahaya keluar dari instrumen. Di jalur sinarnya, mereka berputar-putar seperti setitik debu hidup. Mereka terang benderang dan karenanya menonjol dengan latar belakang gelap. Ilmuwan mungkin telah menghabiskan waktu lama untuk mengamati gerakan halus mereka, seperti halnya seseorang mengamati permainan bunga api di perapian.

Bukankah bintik-bintik debu yang menari-nari di bawah sinar cahaya inilah yang memberi kesan pada Rayleigh pemikiran baru tentang asal usul warna langit?

Bahkan pada zaman dahulu diketahui bahwa cahaya merambat lurus. Penemuan penting ini bisa saja dilakukan oleh manusia primitif yang mengamati bagaimana, menerobos celah-celah gubuk, sinar matahari menyinari dinding dan lantai.

Tapi sepertinya dia tidak terganggu dengan pemikiran mengapa dia melihat sinar cahaya ketika melihatnya dari samping. Dan di sini ada sesuatu yang perlu dipikirkan. Bagaimanapun, sinar matahari menyinari celah hingga ke lantai. Mata pengamat terletak di samping dan tetap melihat cahaya ini.

Kita juga melihat cahaya dari lampu sorot yang diarahkan ke langit. Ini berarti bahwa sebagian cahaya menyimpang dari jalur langsung dan diarahkan ke mata kita.

Apa yang membuatnya tersesat? Ternyata debu inilah yang memenuhi udara. Sinar yang dihamburkan oleh setitik debu dan sinar masuk ke mata kita, yang ketika menemui rintangan, membelok dari jalan dan merambat lurus dari setitik debu yang berhamburan ke mata kita.

“Apakah butiran debu inilah yang mewarnai langit menjadi biru?” – Pikir Rayleigh suatu hari. Dia menghitungnya dan tebakannya berubah menjadi pasti. Ia menemukan penjelasan atas warna biru langit, fajar merah, dan kabut biru! Tentu saja, butiran debu kecil, yang ukurannya lebih kecil dari panjang gelombang cahaya, menghamburkan sinar matahari dan semakin pendek panjang gelombangnya, semakin kuat, Rayleigh mengumumkan pada tahun 1871. Dan karena sinar ungu dan biru dalam spektrum matahari tampak memiliki panjang gelombang terpendek, maka hamburannya paling kuat, sehingga memberikan warna biru pada langit.

Matahari dan puncak bersalju mematuhi perhitungan Rayleigh ini. Mereka bahkan membenarkan teori ilmuwan tersebut. Saat matahari terbit dan terbenam, ketika sinar matahari melewati ketebalan udara terbesar, sinar ungu dan biru, menurut teori Rayleigh, tersebar paling kuat. Pada saat yang sama, mereka menyimpang dari jalan lurus dan tidak menarik perhatian pengamat. Pengamat terutama melihat sinar merah, yang hamburannya jauh lebih lemah. Itu sebabnya matahari tampak merah bagi kita saat matahari terbit dan terbenam. Untuk alasan yang sama, puncak pegunungan bersalju di kejauhan tampak berwarna merah muda.

Melihat ke langit cerah, kita melihat sinar biru kebiruan yang menyimpang dari jalur lurus karena hamburan dan jatuh ke mata kita. Dan kabut yang terkadang kita lihat di dekat cakrawala juga tampak berwarna biru bagi kita.

Hal sepele yang menjengkelkan

Bukankah ini penjelasan yang indah? Rayleigh sendiri begitu terbawa olehnya, para ilmuwan begitu takjub dengan keselarasan teori dan kemenangan Rayleigh atas Newton sehingga tidak ada satupun dari mereka yang memperhatikan satu hal sederhana. Namun, hal sepele ini seharusnya mengubah penilaian mereka sepenuhnya.

Siapa yang menyangkal bahwa jauh dari kota, yang udaranya jauh lebih sedikit debunya, warna biru langitnya sangat cerah dan cerah? Sulit bagi Rayleigh sendiri untuk menyangkal hal ini. Oleh karena itu...bukankah partikel debu yang menghamburkan cahaya? Lalu apa?

Dia meninjau kembali semua perhitungannya dan menjadi yakin bahwa persamaannya benar, tetapi ini berarti bahwa partikel yang berhamburan tersebut memang bukanlah butiran debu. Selain itu, butiran debu yang ada di udara jauh lebih panjang daripada panjang gelombang cahaya, dan perhitungan meyakinkan Rayleigh bahwa akumulasi besar butiran tersebut tidak meningkatkan warna biru langit, namun sebaliknya, melemahkannya. Hamburan cahaya oleh partikel besar sedikit bergantung pada panjang gelombang dan oleh karena itu tidak menyebabkan perubahan warna.

Ketika cahaya dihamburkan menjadi partikel-partikel besar, baik cahaya yang dihamburkan maupun yang ditransmisikan tetap berwarna putih, oleh karena itu kemunculan partikel-partikel besar di udara memberikan warna keputihan pada langit, dan akumulasinya jumlah besar Tetesan besar menyebabkan warna putih pada awan dan kabut. Ini mudah untuk diperiksa pada rokok biasa. Asap yang keluar dari corong selalu tampak keputihan, dan asap yang keluar dari ujung pembakaran berwarna kebiruan.

Partikel asap terkecil yang keluar dari ujung rokok yang terbakar berukuran lebih kecil dari panjang gelombang cahaya dan, menurut teori Rayleigh, menyebarkan sebagian besar warna ungu dan biru. Namun ketika melewati saluran sempit pada ketebalan tembakau, partikel asap saling menempel (mengental), menyatu menjadi gumpalan yang lebih besar. Banyak dari mereka menjadi lebih besar dari panjang gelombang cahaya, dan mereka menghamburkan semua panjang gelombang cahaya secara merata. Inilah sebabnya mengapa asap yang keluar dari corong tampak berwarna keputihan.

Ya, percuma saja berdebat dan mempertahankan teori yang hanya berdasarkan setitik debu.

Maka, misteri warna biru langit kembali terkuak di hadapan para ilmuwan. Namun Rayleigh tidak menyerah. Jika warna langit biru semakin murni dan cerah, semakin bersih atmosfernya, beralasan, maka warna langit tidak bisa disebabkan oleh apa pun selain molekul udara itu sendiri. Molekul udara, tulisnya dalam artikel barunya, merupakan partikel terkecil yang menghamburkan cahaya matahari!

Kali ini Rayleigh sangat berhati-hati. Sebelum melaporkan ide barunya, dia memutuskan untuk mengujinya, membandingkan teorinya dengan pengalaman.

Kesempatan itu muncul dengan sendirinya pada tahun 1906. Rayleigh dibantu oleh astrofisikawan Amerika Abbott, yang mempelajari cahaya biru langit di Observatorium Mount Wilson. Dengan mengolah hasil pengukuran kecerahan langit berdasarkan teori hamburan Rayleigh, Abbott menghitung jumlah molekul yang terkandung dalam setiap sentimeter kubik udara. Ternyata jumlahnya sangat banyak! Cukuplah dikatakan jika molekul-molekul ini didistribusikan ke seluruh orang yang menghuninya bola dunia, maka setiap orang akan mendapatkan lebih dari 10 miliar molekul ini. Singkatnya, Abbott menemukan bahwa dalam setiap sentimeter kubik udara di suhu normal dan tekanan atmosfer mengandung 27 miliar kali satu miliar molekul.

Jumlah molekul dalam satu sentimeter kubik gas dapat ditentukan dengan cara yang berbeda didasarkan pada fenomena yang benar-benar berbeda dan independen. Semuanya mengarah pada hasil yang sangat cocok dan memberikan angka yang disebut angka Loschmidt.

Angka ini diketahui oleh para ilmuwan, dan lebih dari sekali angka ini berfungsi sebagai ukuran dan kontrol dalam menjelaskan fenomena yang terjadi pada gas.

Maka angka yang diperoleh Abbott saat mengukur cahaya langit bertepatan dengan angka Loschmidt dengan sangat akurat. Namun dalam perhitungannya ia menggunakan teori hamburan Rayleigh. Dengan demikian, ini jelas membuktikan bahwa teori itu benar, hamburan cahaya secara molekuler memang ada.

Tampaknya teori Rayleigh dapat dipercaya dan dikonfirmasi oleh pengalaman; semua ilmuwan menganggapnya sempurna.

Ini menjadi diterima secara umum dan dimasukkan dalam semua buku teks optik. Orang bisa bernapas lega: akhirnya ditemukan penjelasan atas fenomena yang begitu familiar sekaligus misterius.

Lebih mengejutkan lagi bahwa pada tahun 1907, di halaman-halaman yang terkenal jurnal ilmiah pertanyaan kembali muncul: mengapa langit berwarna biru?!.

Sengketa

Siapa yang berani mempertanyakan teori Rayleigh yang diterima secara umum?

Anehnya, ini adalah salah satu pengagum dan pengagum Rayleigh yang paling bersemangat. Mungkin tidak ada seorang pun yang begitu menghargai dan memahami Rayleigh, mengetahui karya-karyanya dengan baik, dan tidak begitu tertarik pada karya ilmiahnya seperti fisikawan muda Rusia Leonid Mandelstam.

“Karakter pikiran Leonid Isaakovich,” kenang ilmuwan Soviet lainnya, Akademisi N.D. Papaleksi - memiliki banyak kesamaan dengan Rayleigh. Dan bukan suatu kebetulan bahwa cara mereka kreativitas ilmiah sering berjalan paralel dan bersilangan berulang kali.

Kali ini mereka juga membuat tanda silang pada pertanyaan tentang asal usul warna langit. Sebelumnya, Mandelstam tertarik pada bidang teknik radio. Untuk awal abad kita, hal itu mutlak terjadi daerah baru sains, dan hanya sedikit orang yang memahaminya. Setelah penemuan A.S. Popov (pada tahun 1895) hanya beberapa tahun telah berlalu, dan pekerjaan tidak ada habisnya. Dalam waktu singkat, Mandelstam banyak melakukan penelitian serius di bidangnya getaran elektromagnetik sehubungan dengan perangkat teknik radio. Pada tahun 1902 ia mempertahankan disertasinya dan pada usia dua puluh tiga tahun menerima gelar Doktor Filsafat Alam dari Universitas Strasbourg.

Saat menangani masalah eksitasi gelombang radio, Mandelstam secara alami mempelajari karya Rayleigh, yang merupakan otoritas yang diakui dalam penelitian tersebut. proses osilasi. Dan dokter muda itu mau tidak mau mengetahui masalah mewarnai langit.

Namun, setelah mengetahui masalah warna langit, Mandelstam tidak hanya menunjukkan kekeliruan, atau, seperti yang dia sendiri katakan, “ketidakcukupan” teori hamburan cahaya molekuler Rayleigh yang diterima secara umum, tidak hanya mengungkap rahasianya. dari warna biru langit, tetapi juga meletakkan dasar bagi penelitian yang mengarah pada salah satunya penemuan paling penting fisika abad XX.

Semuanya dimulai dengan perselisihan in-absentia dengan salah satu fisikawan terhebat, bapak teori kuantum, M. Planck. Ketika Mandelstam mengenal teori Rayleigh, teori tersebut memikatnya dengan sikap diam dan paradoks internalnya, yang, yang mengejutkan fisikawan muda tersebut, tidak diperhatikan oleh Rayleigh yang tua dan berpengalaman. Ketidakcukupan teori Rayleigh terutama terungkap dengan jelas ketika menganalisis teori lain, yang dibangun atas dasar Planck untuk menjelaskan redaman cahaya ketika melewati media transparan yang homogen secara optik.

Dalam teori ini, diambil dasar bahwa molekul-molekul zat yang dilalui cahaya adalah sumber gelombang sekunder. Untuk menciptakan gelombang sekunder ini, menurut Planck, sebagian energi gelombang yang lewat dihabiskan, yang kemudian dilemahkan. Kita melihat bahwa teori ini didasarkan pada teori hamburan molekul Rayleigh dan bergantung pada otoritasnya.

Cara termudah untuk memahami inti permasalahan adalah dengan melihat ombak di permukaan air. Jika gelombang bertemu dengan benda diam atau benda terapung (tiang pancang, batang kayu, perahu, dll), maka gelombang kecil akan menyebar ke segala arah dari benda tersebut. Ini tidak lebih dari sekedar hamburan. Sebagian energi gelombang datang digunakan untuk gelombang sekunder eksitasi, yang sangat mirip dengan cahaya tersebar dalam optik. Dalam hal ini, gelombang awal melemah - gelombang itu memudar.

Benda terapung bisa jauh lebih kecil dibandingkan panjang gelombang yang merambat di air. Bahkan butiran kecil pun akan menimbulkan gelombang sekunder. Tentu saja, seiring dengan mengecilnya ukuran partikel, gelombang sekunder yang dibentuknya melemah, namun tetap akan menghilangkan energi gelombang utama.

Ini kira-kira bagaimana Planck membayangkan proses melemahnya gelombang cahaya saat melewati gas, namun peran butiran dalam teorinya dimainkan oleh molekul gas.

Mandelstam menjadi tertarik dengan karya Planck ini.

Alur pemikiran Mandelstam juga dapat dijelaskan dengan menggunakan contoh gelombang di permukaan air. Anda hanya perlu melihatnya lebih cermat. Jadi, butiran kecil pun yang mengapung di permukaan air pun merupakan sumber gelombang sekunder. Namun apa jadinya jika butiran-butiran tersebut dituangkan begitu kental hingga menutupi seluruh permukaan air? Kemudian ternyata gelombang sekunder individu yang disebabkan oleh banyak butiran akan bertambah sedemikian rupa sehingga akan memadamkan sepenuhnya bagian-bagian gelombang yang mengalir ke samping dan ke belakang, dan hamburan akan berhenti. Yang tersisa hanyalah gelombang yang berjalan ke depan. Dia akan berlari ke depan tanpa melemah sama sekali. Satu-satunya akibat dari kehadiran seluruh massa butir adalah sedikit penurunan kecepatan rambat gelombang primer. Sangat penting bahwa semua ini tidak bergantung pada apakah butiran tersebut tidak bergerak atau bergerak di sepanjang permukaan air. Agregat butiran hanya akan bertindak sebagai beban di permukaan air, mengubah kepadatan lapisan atasnya.

Mandelstam membuat perhitungan matematis untuk kasus ketika jumlah molekul di udara begitu banyak sehingga bahkan area sekecil panjang gelombang cahaya pun mengandung sangat banyak molekul. jumlah besar molekul. Ternyata dalam kasus ini, gelombang cahaya sekunder yang tereksitasi oleh molekul-molekul yang bergerak secara kacau bertambah dengan cara yang sama seperti gelombang pada contoh butiran. Artinya dalam hal ini gelombang cahaya merambat tanpa hamburan dan redaman, tetapi dengan kecepatan yang sedikit lebih rendah. Hal ini membantah teori Rayleigh, yang percaya bahwa pergerakan partikel hamburan dalam semua kasus memastikan hamburan gelombang, dan karena itu menyangkal teori Planck yang didasarkan pada hamburan tersebut.

Dengan demikian, pasir ditemukan berdasarkan teori hamburan. Seluruh bangunan megah mulai berguncang dan terancam runtuh.

Kebetulan

Namun bagaimana dengan menentukan bilangan Loschmidt dari pengukuran cahaya biru langit? Bagaimanapun, pengalaman membenarkan teori hamburan Rayleigh!

“Kebetulan ini harus dianggap sebagai kebetulan,” tulis Mandelstam pada tahun 1907 dalam karyanya “On Optically Homogeneous and Turbid Media.”

Mandelstam menunjukkan bahwa pergerakan molekul secara acak tidak dapat membuat gas menjadi homogen. Sebaliknya, di gas nyata Selalu ada penghalusan dan pemadatan kecil yang terbentuk akibat pergerakan termal yang kacau. Merekalah yang menyebabkan hamburan cahaya, karena mengganggu homogenitas optik udara. Dalam karya yang sama, Mandelstam menulis:

“Jika mediumnya tidak homogen secara optik, maka secara umum cahaya yang datang juga akan tersebar ke samping.”

Tetapi karena ukuran ketidakhomogenan yang timbul akibat gerak kacau lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya, gelombang yang berhubungan dengan bagian spektrum ungu dan biru akan tersebar secara dominan. Dan ini, khususnya, mengarah pada warna biru langit.

Dengan demikian teka-teki langit biru akhirnya terpecahkan. Bagian teoritis dikembangkan oleh Rayleigh. Sifat fisik diffuser dipasang oleh Mandelstam.

Kelebihan besar Mandelstam terletak pada kenyataan bahwa ia membuktikan bahwa asumsi homogenitas sempurna suatu gas tidak sesuai dengan fakta hamburan cahaya di dalamnya. Ia menyadari bahwa warna biru langit membuktikan homogenitas gas hanya terlihat jelas. Lebih tepatnya, gas tampak homogen hanya jika diperiksa dengan instrumen kasar, seperti barometer, timbangan, atau instrumen lain yang dipengaruhi oleh miliaran molekul sekaligus. Namun pancaran cahaya dapat mendeteksi molekul dalam jumlah yang jauh lebih kecil, hanya dalam jumlah puluhan ribu. Dan hal ini cukup untuk membuktikan dengan pasti bahwa kepadatan gas terus menerus mengalami perubahan kecil di tingkat lokal. Oleh karena itu, media yang homogen dari sudut pandang “kasar” kita pada kenyataannya adalah media yang heterogen. Dari “sudut pandang cahaya” tampak berawan dan karenanya menyebarkan cahaya.

Perubahan lokal yang acak pada sifat-sifat suatu zat, akibat pergerakan termal molekul, sekarang disebut fluktuasi. Setelah menjelaskan asal mula fluktuasi hamburan cahaya molekul, Mandelstam membuka jalan bagi metode baru dalam mempelajari materi - metode fluktuasi, atau statistik, yang kemudian dikembangkan oleh Smoluchowski, Lorentz, Einstein dan dirinya sendiri menjadi departemen fisika besar yang baru - fisika statistik.

Langit seharusnya bersinar!

Jadi, misteri warna biru langit pun terungkap. Namun studi tentang hamburan cahaya tidak berhenti sampai di situ. Menarik perhatian pada perubahan kepadatan udara yang hampir tidak terlihat dan menjelaskan warna langit dengan hamburan cahaya yang berfluktuasi, Mandelstam, dengan kepekaannya yang tajam sebagai seorang ilmuwan, menemukan ciri baru yang bahkan lebih halus dari proses ini.

Bagaimanapun, ketidakhomogenan udara disebabkan oleh fluktuasi acak dalam kepadatannya. Besarnya ketidakhomogenan acak dan kepadatan gumpalan berubah seiring waktu. Oleh karena itu, sang ilmuwan beralasan, intensitas—kekuatan cahaya yang tersebar—juga harus berubah seiring waktu! Lagi pula, semakin padat gumpalan molekul, semakin kuat cahaya yang dihamburkan pada molekul tersebut. Dan karena gumpalan ini muncul dan menghilang secara kacau, sederhananya, langit akan bersinar! Kekuatan cahaya dan warnanya akan berubah setiap saat (tetapi sangat lemah)! Tapi pernahkah ada yang memperhatikan kerlipan seperti itu? Tentu saja tidak.

Efek ini sangat halus dengan mata telanjang kamu tidak akan menyadarinya.

Tak satu pun ilmuwan yang mengamati perubahan cahaya langit seperti itu. Mandelstam sendiri tidak mempunyai kesempatan untuk memverifikasi kesimpulan teorinya. Pengorganisasian eksperimen yang kompleks pada awalnya terhambat oleh kondisi yang buruk Rusia Tsar, dan kemudian kesulitan-kesulitan pada tahun-tahun pertama revolusi, intervensi asing dan perang saudara.

Pada tahun 1925, Mandelstam menjadi kepala departemen di Universitas Moskow. Di sini ia bertemu dengan ilmuwan luar biasa dan peneliti terampil Grigory Samuilovich Landsberg. Jadi, dihubungkan oleh persahabatan yang mendalam dan kesamaan kepentingan ilmiah, bersama-sama mereka melanjutkan serangan mereka terhadap rahasia yang tersembunyi di balik sinar samar cahaya yang tersebar.

Laboratorium optik universitas pada tahun-tahun itu masih sangat miskin dalam hal instrumen. Tidak ada satu pun instrumen di universitas yang mampu mendeteksi kerlipan langit atau perbedaan kecil dalam frekuensi kejadian dan cahaya yang tersebar, yang menurut teori diprediksi sebagai akibat dari kerlipan ini.

Namun hal ini tidak menghentikan para peneliti. Mereka melepaskan gagasan untuk meniru langit kondisi laboratorium. Ini hanya akan memperumit pengalaman yang sudah tidak kentara. Mereka memutuskan untuk mempelajari bukan hamburan cahaya putih kompleks, tetapi hamburan sinar dengan frekuensi yang ditentukan secara ketat. Jika mereka mengetahui secara pasti frekuensi cahaya yang datang, akan lebih mudah untuk mencari frekuensi yang mendekati frekuensi tersebut yang seharusnya timbul selama hamburan. Selain itu, teori tersebut menyatakan bahwa observasi lebih mudah dilakukan padatan, karena letak molekul di dalamnya jauh lebih dekat daripada di gas, dan semakin padat suatu zat, semakin besar hamburannya.

Pencarian yang melelahkan dimulai untuk mendapatkan bahan yang paling cocok. Akhirnya pilihan jatuh pada kristal kuarsa. Hanya karena mereka besar kristal bening kuarsa lebih mudah diakses daripada yang lain.

Itu berlangsung selama dua tahun percobaan persiapan, sampel kristal paling murni dipilih, teknik ditingkatkan, tanda-tanda ditetapkan yang memungkinkan untuk membedakan hamburan pada molekul kuarsa dari hamburan pada inklusi acak, ketidakhomogenan kristal, dan pengotor.

Kecerdasan dan pekerjaan

Karena kurangnya peralatan canggih untuk analisis spektral, para ilmuwan memilih solusi cerdik yang memungkinkan penggunaan instrumen yang ada.

Kesulitan utama dalam pekerjaan ini adalah bahwa cahaya lemah yang disebabkan oleh hamburan molekul ditumpangkan oleh cahaya yang jauh lebih kuat yang dihamburkan oleh pengotor kecil dan cacat lain pada sampel kristal yang diperoleh untuk percobaan. Para peneliti memutuskan untuk memanfaatkan fakta bahwa cahaya yang tersebar terbentuk oleh cacat kristal dan pantulan darinya berbagai bagian pengaturannya sama persis dengan frekuensi cahaya datang. Mereka hanya tertarik pada cahaya dengan frekuensi yang berubah sesuai dengan teori Mandelstam. Jadi, tugasnya adalah menyorot cahaya dengan frekuensi yang berubah yang disebabkan oleh hamburan molekul dengan latar belakang cahaya yang jauh lebih terang.

Untuk memastikan bahwa cahaya yang tersebar memiliki besaran yang dapat dideteksi, para ilmuwan memutuskan untuk menerangi kuarsa dengan perangkat penerangan paling kuat yang tersedia bagi mereka: lampu merkuri.

Jadi, cahaya yang dihamburkan dalam kristal harus terdiri dari dua bagian: cahaya lemah frekuensi yang berubah, karena hamburan molekul (studi tentang bagian ini adalah tujuan para ilmuwan), dan dari cahaya yang jauh lebih kuat dengan frekuensi yang tidak berubah, menyebabkan karena alasan yang tidak relevan(bagian ini berbahaya, membuat penelitian menjadi sulit).

Ide metode ini menarik karena kesederhanaannya: cahaya dengan frekuensi konstan perlu diserap dan hanya cahaya dengan frekuensi yang diubah yang dilewatkan ke dalam peralatan spektral. Namun perbedaan frekuensinya hanya seperseribu persen. Tidak ada laboratorium di dunia yang memiliki filter yang mampu memisahkan frekuensi sedekat itu. Namun, solusi telah ditemukan.

Cahaya yang tersebar dilewatkan melalui bejana yang berisi uap merkuri. Akibatnya, semua cahaya yang “berbahaya” “terjebak” di dalam wadah, dan cahaya yang “berguna” melewatinya tanpa redaman yang nyata. Para peneliti memanfaatkan satu keadaan yang sudah diketahui. Sebuah atom suatu materi, seperti yang diklaim oleh fisika kuantum, hanya mampu memancarkan gelombang cahaya pada frekuensi yang sangat spesifik. Pada saat yang sama, atom ini juga mampu menyerap cahaya. Apalagi hanya gelombang cahaya dengan frekuensi tersebut yang dapat dipancarkannya sendiri.

Dalam lampu merkuri, cahayanya dipancarkan oleh uap merkuri, yang bersinar di bawah pengaruh pelepasan listrik, terjadi di dalam lampu. Jika cahaya ini dilewatkan melalui bejana yang juga mengandung uap merkuri, maka cahaya tersebut akan terserap hampir seluruhnya. Apa yang diprediksi oleh teori akan terjadi: atom merkuri di dalam bejana akan menyerap cahaya yang dipancarkan atom merkuri di dalam lampu.

Cahaya dari sumber lain, misalnya lampu neon, akan melewati uap merkuri tanpa terluka. Atom merkuri bahkan tidak akan memperhatikannya. Bagian cahaya dari lampu merkuri yang tersebar di kuarsa dengan perubahan panjang gelombang juga tidak akan diserap.

Keadaan yang nyaman inilah yang dimanfaatkan oleh Mandelstam dan Landsberg.

Penemuan yang luar biasa

Pada tahun 1927, eksperimen yang menentukan dimulai. Para ilmuwan menyinari kristal kuarsa dengan cahaya lampu merkuri dan memproses hasilnya. Dan... mereka terkejut.

Hasil percobaan ini tidak terduga dan tidak biasa. Apa yang ditemukan para ilmuwan sama sekali bukan apa yang mereka harapkan, bukan prediksi teori. Mereka menemukan fenomena yang benar-benar baru. Tapi yang mana? Dan bukankah ini sebuah kesalahan? Cahaya yang tersebar tidak menunjukkan frekuensi yang diharapkan, tetapi frekuensi yang jauh lebih tinggi dan lebih rendah. Seluruh kombinasi frekuensi muncul dalam spektrum cahaya yang tersebar yang tidak terdapat dalam insiden cahaya pada kuarsa. Mustahil menjelaskan kemunculannya dengan ketidakhomogenan optik pada kuarsa.

Pemeriksaan menyeluruh dimulai. Eksperimen dilakukan dengan sempurna. Mereka dikandung dengan sangat cerdas, sempurna dan inventif sehingga orang tidak bisa tidak mengaguminya.

“Leonid Isaakovich terkadang memecahkan masalah teknis yang sangat sulit dengan begitu indah dan terkadang dengan sangat sederhana sehingga kita masing-masing tanpa sadar mengajukan pertanyaan: “Mengapa hal ini tidak terpikir oleh saya sebelumnya?” - kata salah satu karyawan.

Berbagai eksperimen kontrol terus-menerus menegaskan bahwa tidak ada kesalahan. Dalam foto spektrum cahaya yang tersebar, garis-garis lemah namun cukup jelas terus muncul, menunjukkan adanya frekuensi “ekstra” dalam cahaya yang tersebar.

Selama berbulan-bulan, para ilmuwan telah mencari penjelasan atas fenomena ini. Di manakah frekuensi “alien” muncul dalam cahaya yang tersebar?!

Dan tibalah saatnya Mandelstam dikejutkan oleh tebakan yang luar biasa. Itu adalah penemuan yang luar biasa, penemuan yang sama yang sekarang dianggap sebagai salah satu penemuan terpenting abad ke-20.

Namun baik Mandelstam maupun Landsberg mengambil keputusan dengan suara bulat bahwa penemuan ini hanya dapat dipublikasikan setelah dilakukan pemeriksaan menyeluruh, setelah pendalaman mendalam terhadap fenomena tersebut. Eksperimen terakhir telah dimulai.

Dengan bantuan matahari

Pada 16 Februari, ilmuwan India C.N. Raman dan K.S. Krishnan mengirim telegram dari Calcutta ke majalah ini dengan deskripsi singkat dari penemuannya.

Pada tahun-tahun itu, surat-surat dari seluruh dunia berbondong-bondong ke majalah Nature tentang berbagai penemuan. Namun tidak semua pesan ditakdirkan untuk menimbulkan kegembiraan di kalangan ilmuwan. Ketika terbit isu surat dari ilmuwan India, para fisikawan sangat heboh. Judul catatannya saja adalah “ Tipe baru radiasi sekunder” – membangkitkan minat. Bagaimanapun, optik adalah salah satu ilmu tertua; pada abad ke-20, sesuatu yang tidak diketahui sering ditemukan.

Bisa dibayangkan betapa menariknya para fisikawan di seluruh dunia menantikan surat-surat baru dari Kalkuta.

Ketertarikan mereka sebagian besar didorong oleh kepribadian salah satu penulis penemuan tersebut, Raman. Ini adalah pria dengan nasib yang aneh dan biografi yang luar biasa, sangat mirip dengan biografi Einstein. Einstein di masa mudanya adalah seorang guru gimnasium sederhana, dan kemudian menjadi pegawai kantor paten. Pada periode inilah ia menyelesaikan karya-karyanya yang paling penting. Raman, seorang fisikawan brilian, juga setelah lulus dari universitas, terpaksa mengabdi di departemen keuangan selama sepuluh tahun dan baru setelah itu diundang ke departemen Universitas Calcutta. Raman segera menjadi kepala sekolah fisika India yang diakui.

Sesaat sebelum kejadian tersebut dijelaskan, Raman dan Krishnan menjadi tertarik pada tugas yang aneh. Saat itu, gairah akibat penemuan tahun 1923 belum surut Fisikawan Amerika Compton, yang, ketika mempelajari perjalanan sinar-X melalui materi, menemukan bahwa beberapa sinar ini, yang menyebar menjauhi arah aslinya, meningkatkan panjang gelombangnya. Diterjemahkan ke dalam bahasa optik, kita dapat mengatakan bahwa sinar-X, ketika bertabrakan dengan molekul suatu zat, mengubah “warna” mereka.

Fenomena ini dengan mudah dijelaskan oleh hukum fisika kuantum. Oleh karena itu, penemuan Compton merupakan salah satu bukti yang menentukan kebenaran teori kuantum muda.

Kami memutuskan untuk mencoba sesuatu yang serupa, tetapi dalam optik. ditemukan oleh ilmuwan India. Mereka ingin melewatkan cahaya melalui suatu zat dan melihat bagaimana sinarnya akan tersebar pada molekul-molekul zat tersebut dan apakah panjang gelombangnya akan berubah.

Seperti yang Anda lihat, mau atau tidak, para ilmuwan India telah menetapkan tugas yang sama seperti ilmuwan Soviet. Namun tujuan mereka berbeda. Di Kalkuta, mereka mencari analogi optik dari efek Compton. Di Moskow - konfirmasi eksperimental Prediksi Mandelstam tentang perubahan frekuensi ketika cahaya dihamburkan karena ketidakhomogenan yang berfluktuasi.

Raman dan Krishnan merancang eksperimen yang kompleks karena efek yang diharapkan sangat kecil. Eksperimen tersebut membutuhkan sumber cahaya yang sangat terang. Dan kemudian mereka memutuskan untuk menggunakan matahari, mengumpulkan sinarnya menggunakan teleskop.

Diameter lensanya delapan belas sentimeter. Para peneliti mengarahkan cahaya yang dikumpulkan melalui prisma ke wadah berisi cairan dan gas yang telah dibersihkan secara menyeluruh dari debu dan kontaminan lainnya.

Namun untuk mendeteksi perpanjangan panjang gelombang kecil yang diharapkan dari cahaya yang tersebar menggunakan warna putih sinar matahari, yang mengandung hampir semua kemungkinan panjang gelombang, tidak ada harapan. Oleh karena itu, para ilmuwan memutuskan untuk menggunakan filter cahaya. Mereka menempatkan filter biru-ungu di depan lensa dan mengamati cahaya yang tersebar melalui filter kuning-hijau. Mereka dengan tepat memutuskan bahwa apa yang dilewatkan oleh filter pertama akan tersangkut di filter kedua. Bagaimanapun, filter kuning-hijau menyerap sinar biru-ungu yang ditransmisikan oleh filter pertama. Dan keduanya, ditempatkan satu di belakang yang lain, harus menyerap semua cahaya yang datang. Jika beberapa sinar mengenai mata pengamat, maka kita dapat mengatakan dengan yakin bahwa sinar tersebut tidak berada dalam cahaya datang, tetapi dilahirkan dalam zat yang diteliti.

Colombus

Memang benar, dalam cahaya yang tersebar, Raman dan Krishnan mendeteksi sinar yang melewati filter kedua. Mereka merekam frekuensi ekstra. Ini pada prinsipnya bisa jadi merupakan efek Compton optik. Artinya, bila dihamburkan menjadi molekul-molekul suatu zat yang terletak di dalam bejana, cahaya biru-ungu dapat berubah warna menjadi kuning-hijau. Namun hal ini masih perlu dibuktikan. Mungkin ada alasan lain yang menyebabkan munculnya lampu kuning-hijau. Misalnya, hal ini bisa muncul akibat pendaran - cahaya redup yang sering muncul dalam cairan dan benda padat karena pengaruh cahaya, panas, dan sebab lainnya. Jelas sekali, ada satu hal – cahaya ini dilahirkan kembali, tidak terkandung dalam cahaya yang jatuh.

Para ilmuwan mengulangi percobaan mereka dengan enam cairan berbeda dan dua jenis uap. Mereka yakin bahwa baik pendaran maupun alasan lain tidak berperan di sini.

Fakta bahwa panjang gelombang cahaya tampak meningkat ketika dihamburkan dalam materi tampaknya sudah dibuktikan oleh Raman dan Krishnan. Tampaknya pencarian mereka berhasil. Mereka menemukan analog optik dari efek Compton.

Namun agar eksperimen memiliki bentuk akhir dan kesimpulannya cukup meyakinkan, satu bagian pekerjaan lagi perlu dilakukan. Itu tidak cukup untuk mendeteksi perubahan panjang gelombang. Besarnya perubahan ini perlu diukur. Langkah pertama dibantu dengan filter cahaya. Dia tidak berdaya untuk melakukan yang kedua. Di sini para ilmuwan membutuhkan spektroskop - alat yang memungkinkan mereka mengukur panjang gelombang cahaya yang sedang dipelajari.

Dan para peneliti memulai bagian kedua, yang tidak kalah rumit dan melelahkan. Tapi dia juga memenuhi harapan mereka. Hasilnya kembali menegaskan kesimpulan dari bagian pertama pekerjaan. Namun, panjang gelombangnya ternyata sangat panjang. Lebih dari yang diharapkan. Hal ini tidak mengganggu para peneliti.

Bagaimana mungkin seseorang tidak mengingat Columbus di sini? Dia berusaha menemukan jalur laut ke India dan, setelah melihat daratannya, yakin bahwa dia telah mencapai tujuannya. Apakah dia punya alasan untuk meragukan kepercayaan dirinya saat melihat penduduk merah dan sifat asing di Dunia Baru?

Bukankah benar bahwa Raman dan Krishnan, dalam pencarian mereka untuk menemukan efek Compton dalam cahaya tampak, mengira mereka menemukannya dengan memeriksa cahaya yang melewati cairan dan gas?! Apakah mereka ragu ketika pengukuran menunjukkan perubahan panjang gelombang sinar yang tersebar secara tak terduga? Kesimpulan apa yang mereka ambil dari penemuan mereka?

Menurut ilmuwan India, mereka menemukan apa yang mereka cari. Pada tanggal 23 Maret 1928, sebuah telegram dengan artikel berjudul “Analogi Optik Efek Compton” terbang ke London. Para ilmuwan menulis: “Jadi, analogi optik dari efek Compton jelas, kecuali bahwa kita berhadapan dengan perubahan panjang gelombang yang jauh lebih besar…” Catatan: “jauh lebih besar…”

Tarian atom

Karya Raman dan Krishnan mendapat tepuk tangan meriah di kalangan ilmuwan. Semua orang mengagumi seni eksperimental mereka. Atas penemuannya ini, Raman dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 1930.

Pada surat dari para ilmuwan India itu terlampir sebuah foto spektrum, di mana garis-garis yang menggambarkan frekuensi cahaya datang dan cahaya yang tersebar pada molekul-molekul suatu zat mengambil tempatnya. Foto ini, menurut Raman dan Krishnan, menggambarkan penemuan mereka dengan lebih jelas dari sebelumnya.

Ketika Mandelstam dan Landsberg melihat foto ini, mereka melihat salinan yang hampir sama persis dengan foto yang mereka terima! Namun setelah mengetahui penjelasannya, mereka segera menyadari bahwa Raman dan Krishnan salah.

Tidak, ilmuwan India tidak menemukan efek Compton, namun fenomena yang sama sekali berbeda, fenomena yang sama yang telah dipelajari ilmuwan Soviet selama bertahun-tahun...

Sementara kegembiraan yang disebabkan oleh penemuan ilmuwan India semakin meningkat, Mandelstam dan Landsberg menyelesaikan eksperimen kontrol dan menyimpulkan hasil akhir yang menentukan.

Maka pada tanggal 6 Mei 1928, mereka mengirimkan artikel untuk dicetak. Sebuah foto spektrum dilampirkan pada artikel tersebut.

Setelah menguraikan secara singkat sejarah masalah tersebut, para peneliti memberikan interpretasi rinci atas fenomena yang mereka temukan.

Lalu fenomena apa yang menyebabkan banyak ilmuwan menderita dan memutar otak?

Intuisi Mandelstam yang dalam dan pikiran analitis yang jernih segera memberi tahu ilmuwan tersebut bahwa perubahan frekuensi cahaya yang tersebar yang terdeteksi tidak mungkin disebabkan oleh gaya antarmolekul yang menyamakan pengulangan acak kepadatan udara. Menjadi jelas bagi ilmuwan bahwa alasannya tidak diragukan lagi terletak di dalam molekul zat itu sendiri, bahwa fenomena tersebut disebabkan oleh getaran intramolekul dari atom-atom yang membentuk molekul tersebut.

Fluktuasi seperti itu terjadi lebih banyak lagi frekuensi tinggi, dibandingkan yang menyertai pembentukan dan resorpsi ketidakhomogenan acak di lingkungan. Getaran atom dalam molekul inilah yang mempengaruhi cahaya yang tersebar. Atom sepertinya menandainya, meninggalkan jejaknya, mengenkripsinya dengan frekuensi tambahan.

Itu adalah tebakan yang indah, sebuah invasi berani terhadap pemikiran manusia di luar batas benteng kecil alam - molekul. Dan pengintaian ini memberikan informasi berharga tentang struktur internalnya.

Bergandengan tangan

Jadi, ketika mencoba mendeteksi perubahan kecil dalam frekuensi cahaya yang tersebar yang disebabkan oleh gaya antarmolekul, ditemukan perubahan frekuensi yang lebih besar yang disebabkan oleh gaya intramolekul.

Jadi, untuk menjelaskan fenomena baru yang disebut “hamburan cahaya Raman”, cukup melengkapi teori hamburan molekuler yang diciptakan oleh Mandelstam dengan data tentang pengaruh getaran atom di dalam molekul. Fenomena baru ini ditemukan sebagai hasil pengembangan ide Mandelstam yang dirumuskannya pada tahun 1918.

Ya, bukan tanpa alasan, seperti yang dikatakan Akademisi S.I. Vavilov, “Alam menganugerahi Leonid Isaakovich seorang visioner yang benar-benar tidak biasa pikiran halus, yang segera memperhatikan dan memahami hal utama, yang diabaikan sebagian besar orang dengan acuh tak acuh. Dari sinilah esensi fluktuasi hamburan cahaya dipahami, dan dari sinilah muncul gagasan tentang perubahan spektrum selama hamburan cahaya, yang menjadi dasar ditemukannya hamburan Raman.”

Selanjutnya, manfaat besar diperoleh dari penemuan ini dan mendapat penerapan praktis yang berharga.

Pada saat penemuannya, tampaknya hanya merupakan kontribusi yang paling berharga bagi ilmu pengetahuan.

Bagaimana dengan Raman dan Krishnan? Bagaimana reaksi mereka terhadap penemuan ilmuwan Soviet, dan juga terhadap penemuan mereka sendiri? Apakah mereka memahami apa yang mereka temukan?

Jawaban atas pertanyaan-pertanyaan ini terdapat dalam surat dari Raman dan Krishnan berikut ini, yang mereka kirimkan kepada pers 9 hari setelah publikasi artikel oleh para ilmuwan Soviet. Ya, mereka menyadari bahwa fenomena yang mereka amati bukanlah efek Compton. Ini adalah hamburan cahaya Raman.

Setelah penerbitan surat Raman dan Krishnan serta artikel Mandelstam dan Landsberg, menjadi jelas bagi para ilmuwan di seluruh dunia bahwa fenomena yang sama dibuat dan dipelajari secara independen dan hampir bersamaan di Moskow dan Kalkuta. Namun fisikawan Moskow mempelajarinya dalam kristal kuarsa, dan fisikawan India mempelajarinya dalam cairan dan gas.

Dan paralelisme ini, tentu saja, bukanlah suatu kebetulan. Dia berbicara tentang relevansi masalah dan pentingnya ilmiah. Tidak mengherankan jika hasil yang mendekati kesimpulan Mandelstam dan Raman pada akhir April 1928 juga diperoleh secara independen oleh ilmuwan Perancis Rocard dan Kaban. Setelah beberapa waktu, para ilmuwan teringat bahwa pada tahun 1923, fisikawan Ceko Smekal secara teoritis meramalkan fenomena yang sama. Setelah karya Smekal, penelitian teoretis oleh Kramers, Heisenberg, dan Schrödinger muncul.

Tampaknya, hanya kurangnya informasi ilmiah yang dapat menjelaskan fakta bahwa para ilmuwan di banyak negara berupaya memecahkan masalah yang sama tanpa menyadarinya.

Tiga puluh tujuh tahun kemudian

Studi Raman tidak hanya menemukan bab baru dalam ilmu cahaya. Pada saat yang sama, mereka memberikan senjata ampuh kepada teknologi. Industri memiliki cara terbaik untuk mempelajari sifat-sifat materi.

Bagaimanapun, frekuensi hamburan cahaya Raman adalah jejak yang ditumpangkan pada cahaya oleh molekul medium yang menghamburkan cahaya. Dan masuk zat yang berbeda cetakan ini tidak sama. Inilah yang memberi hak kepada Akademisi Mandelstam untuk menyebut hamburan cahaya Raman sebagai “bahasa molekul”. Bagi mereka yang dapat membaca jejak molekul pada sinar cahaya dan menentukan komposisi cahaya yang tersebar, molekul dengan menggunakan bahasa ini akan menceritakan rahasia strukturnya.

Pada sisi negatif foto spektrum Raman, hanya ada garis-garis dengan tingkat kegelapan yang berbeda-beda. Namun dari foto ini, seorang spesialis akan menghitung frekuensi getaran intramolekul yang muncul pada cahaya yang tersebar setelah melewati zat tersebut. Gambar tersebut akan menceritakan tentang banyak sisi yang sampai sekarang belum diketahui kehidupan batin molekul: tentang strukturnya, tentang gaya yang mengikat atom menjadi molekul, tentang gerakan relatif atom. Dengan belajar menguraikan spektogram Raman, fisikawan belajar memahami “bahasa ringan” khusus yang digunakan molekul untuk menceritakan tentang diri mereka sendiri. Jadi penemuan baru ini memungkinkan kita untuk melakukan penetrasi lebih dalam struktur internal molekul.

Saat ini, fisikawan menggunakan hamburan Raman untuk mempelajari struktur cairan, kristal, dan zat kaca. Ahli kimia menggunakan metode ini untuk menentukan struktur berbagai senyawa.

Metode mempelajari materi menggunakan fenomena hamburan cahaya Raman dikembangkan oleh karyawan laboratorium Institut Fisika P.N. Akademi Ilmu Pengetahuan Lebedev Uni Soviet, yang dipimpin oleh Akademisi Landsberg.

Metode-metode ini memungkinkan produksi kuantitatif dan akurat dengan cepat dan akurat analisis kualitatif bensin penerbangan, produk perengkahan, produk minyak bumi dan banyak cairan organik kompleks lainnya. Untuk melakukan ini, cukup dengan menerangi zat yang diteliti dan menggunakan spektograf untuk menentukan komposisi cahaya yang dihamburkannya. Tampaknya sangat sederhana. Namun sebelum metode ini benar-benar mudah dan cepat, para ilmuwan harus bekerja keras untuk menciptakan peralatan yang akurat dan sensitif. Dan inilah alasannya.

Dari jumlah total Dari energi cahaya yang memasuki zat yang diteliti, hanya sebagian kecil - kira-kira sepersepuluh miliar - yang merupakan bagian dari cahaya yang tersebar. Dan hamburan Raman jarang mencapai dua atau tiga persen dari nilai ini. Rupanya, inilah mengapa hamburan Raman sendiri tidak diketahui untuk waktu yang lama. Tidak mengherankan jika untuk mendapatkan foto Raman yang pertama memerlukan eksposur yang berlangsung selama puluhan jam.

Peralatan modern yang dibuat di negara kita memungkinkan untuk memperoleh spektrum Raman zat murni dalam beberapa menit dan terkadang bahkan detik! Bahkan untuk analisis campuran kompleks, yang mana zat-zat individual terdapat dalam jumlah beberapa persen, waktu pemaparan yang tidak lebih dari satu jam biasanya sudah cukup.

Tiga puluh tujuh tahun telah berlalu sejak bahasa molekul yang terekam pada pelat fotografi ditemukan, diuraikan dan dipahami oleh Mandelstam dan Landsberg, Raman dan Krishnan. Sejak itu, kerja keras telah dilakukan di seluruh dunia untuk menyusun “kamus” bahasa molekul, yang oleh para ahli kacamata disebut sebagai katalog frekuensi Raman. Ketika katalog seperti itu disusun, penguraian kode spektogram akan sangat difasilitasi dan hamburan Raman akan menjadi lebih bermanfaat bagi ilmu pengetahuan dan industri.