Kur era fryn mbi të bukurën qielli blu pelerinë e bardhë me gëzof transparent, njerëzit fillojnë të shikojnë gjithnjë e më shpesh. Nëse në të njëjtën kohë vesh edhe një pallto të madhe leshi gri me fije argjendi shiu, atëherë ata që e rrethojnë fshihen prej saj nën çadra. Nëse veshja është vjollcë e errët, atëherë të gjithë janë ulur në shtëpi dhe duan të shohin qiellin blu me diell.
Dhe vetëm kur shfaqet qielli blu me diell i shumëpritur, i cili vesh një fustan blu verbues të zbukuruar me rrezet e arta të diellit, njerëzit gëzohen - dhe, duke buzëqeshur, largohen nga shtëpitë e tyre në pritje të motit të mirë.
Pyetja se pse qielli është blu ka shqetësuar mendjet njerëzore që nga kohra të lashta. Legjendat greke kanë gjetur përgjigjen e tyre. Ata pohuan se këtë hije iu dha nga kristali më i pastër shkëmbor.
Gjatë kohës së Leonardo da Vinçit dhe Gëtes, ata kërkuan gjithashtu një përgjigje për pyetjen se pse qielli është blu. Ata besonin se ngjyra blu e qiellit përftohet duke përzier dritën me errësirën. Por më vonë kjo teori u hodh poshtë si e paqëndrueshme, pasi doli që duke kombinuar këto ngjyra, mund të merrni vetëm tone të spektrit gri, por jo ngjyrë.
Pas ca kohësh, përgjigja e pyetjes se pse qielli është blu u përpoq të shpjegohej në shekullin e 18-të nga Marriott, Bouguer dhe Euler. Ata besonin se kjo ishte ngjyra natyrale e grimcave që përbënin ajrin. Kjo teori ishte e njohur edhe në fillim të shekullit të ardhshëm, veçanërisht kur u zbulua se oksigjeni i lëngshëm është blu dhe ozoni i lëngshëm është blu.
Saussure ishte i pari që doli me një ide pak a shumë të arsyeshme, i cili sugjeroi se nëse ajri do të ishte plotësisht i pastër, pa papastërti, qielli do të dilte i zi. Por meqenëse atmosfera përmban elemente të ndryshme(për shembull, avulli ose pika uji), atëherë ato, duke reflektuar ngjyrën, i japin qiellit hijen e dëshiruar.
Pas kësaj, shkencëtarët filluan t'i afroheshin gjithnjë e më shumë së vërtetës. Arago zbuloi polarizimin, një nga karakteristikat e dritës së shpërndarë që kërcen nga qielli. Fizika padyshim që e ndihmoi shkencëtarin në këtë zbulim. Më vonë, studiues të tjerë filluan të kërkonin përgjigjen. Në të njëjtën kohë, pyetja se pse qielli është blu i interesonte shkencëtarët aq shumë sa për ta zbuluar atë u krye sasi e madhe eksperimente të ndryshme që çuan në idenë se arsyeja kryesore Shfaqja e ngjyrës blu është për shkak të faktit se rrezet e Diellit tonë janë thjesht të shpërndara në atmosferë.
Shpjegimi
I pari që krijoi një përgjigje të bazuar matematikisht për shpërndarjen molekulare të dritës ishte studiuesi britanik Rayleigh. Ai hodhi hipotezën se drita shpërndahet jo për shkak të papastërtive në atmosferë, por për shkak të vetë molekulave të ajrit.
Teoria e tij u zhvillua - dhe ky është përfundimi në të cilin arritën shkencëtarët. Rrezet e diellit bëjnë rrugën e tyre drejt Tokës përmes atmosferës së saj (një shtresë e trashë ajri), e ashtuquajtura zarf ajri planetët. Qielli i errët është plotësisht i mbushur me ajër, i cili, pavarësisht se është plotësisht transparent, nuk është bosh, por përbëhet nga molekula gazi - azot (78%) dhe oksigjen (21%), si dhe pika uji, avulli, kristale akulli dhe të vogla. copa material i fortë
(për shembull, grimcat e pluhurit, blozës, hirit, kripës së oqeanit, etj.). Disa rreze arrijnë të kalojnë lirshëm ndërmjet molekulat e gazit
, duke i anashkaluar plotësisht ato, dhe për rrjedhojë duke arritur në sipërfaqen e planetit tonë pa ndryshime, por shumica e rrezeve përplasen me molekulat e gazit, të cilat ngacmohen, marrin energji dhe lëshojnë rreze shumëngjyrëshe në drejtime të ndryshme, duke ngjyrosur plotësisht qiellin, si rezultat. nga të cilat ne shohim një qiell blu me diell. Vetë drita e bardhë përbëhet nga të gjitha ngjyrat e ylberit, të cilat shpesh mund të shihen kur zbërthehet në pjesët përbërëse të tij. Ndodh që molekulat e ajrit shpërndajnë më shumë ngjyrat blu dhe vjollce, pasi ato janë më së shumti
pjesë e shkurtër spektrit sepse kanë gjatësinë më të shkurtër të valës. Kur përzihet në një atmosferë ngjyrash blu dhe vjollce me
një sasi të vogël
Natën, kur rrezet e diellit nuk mund të arrijnë në një anë të caktuar të planetit, atmosfera atje bëhet transparente dhe ne shohim hapësirën "e zezë". Pikërisht kështu e shohin astronautët mbi atmosferë. Vlen të theksohet se astronautët ishin me fat, sepse kur janë më shumë se 15 km mbi sipërfaqen e tokës, gjatë ditës ata mund të vëzhgojnë njëkohësisht Diellin dhe yjet.
Ngjyra e qiellit në planetë të tjerë
Meqenëse ngjyra e qiellit varet kryesisht nga atmosfera, nuk është për t'u habitur që planetë të ndryshëm eshte me ngjyra te ndryshme. Është interesante që atmosfera e Saturnit ka të njëjtën ngjyrë me atë të planetit tonë.
Qielli i Uranit është një ngjyrë shumë e bukur akuamarin. Atmosfera e saj përbëhet kryesisht nga helium dhe hidrogjen. Ai gjithashtu përmban metan, i cili thith plotësisht të kuqen dhe shpërndan ngjyrat jeshile dhe blu. Qiejt e Neptunit janë blu: në atmosferën e këtij planeti nuk ka aq shumë helium dhe hidrogjen sa i yni, por ka shumë metan, i cili neutralizon dritën e kuqe.
Atmosfera në Hënë, satelitin e Tokës, si dhe në Mërkur dhe Pluton mungon plotësisht, prandaj, rrezet e dritës nuk reflektohen, kështu që qielli këtu është i zi, dhe yjet dallohen lehtësisht. Ngjyrat blu dhe jeshile të rrezeve të diellit absorbohen plotësisht nga atmosfera e Venusit, dhe kur Dielli është afër horizontit, qiejt janë të verdhë.
Gëzimi për të parë dhe kuptuar
është dhurata më e bukur e natyrës.
Albert EINSHTEIN
Misteri i qiellit blu
Pse është qielli blu?...
Nuk ka asnjë person që nuk e ka menduar këtë të paktën një herë në jetën e tij. Mendimtarët mesjetarë tashmë janë përpjekur të shpjegojnë origjinën e ngjyrës së qiellit. Disa prej tyre sugjeruan se ngjyra blu është ngjyra e vërtetë ajri ose ndonjë nga gazrat përbërës të tij. Të tjerë menduan se ngjyra e vërtetë e qiellit ishte e zezë - mënyra se si duket natën. Gjatë ditës, ngjyra e zezë e qiellit kombinohet me ngjyrën e bardhë të rrezeve të diellit dhe rezultati është... blu.
Tani, ndoshta, nuk do të takoni një person që, duke dashur të marrë bojë blu, do të përziente të zezën dhe të bardhën. Dhe ishte një kohë kur ligjet e përzierjes së ngjyrave ishin ende të paqarta. Ata u instaluan vetëm treqind vjet më parë nga Njutoni.
Njutoni u interesua për misterin bojë qielli. Ai filloi duke hedhur poshtë të gjitha teoritë e mëparshme.
Së pari, argumentoi ai, një përzierje e bardhë dhe e zezë nuk prodhon kurrë blu. Së dyti, bluja nuk është aspak ngjyra e vërtetë e ajrit. Nëse do të ishte kështu, atëherë Dielli dhe Hëna në perëndim të diellit nuk do të dukeshin të kuqe, siç janë në të vërtetë, por blu. Kështu do të dukeshin majat e maleve të largëta me dëborë.
Imagjinoni që ajri është me ngjyrë. Edhe nëse është shumë e dobët. Pastaj një shtresë e trashë e saj do të vepronte si xhami e lyer. Dhe nëse shikoni përmes xhamit të lyer, atëherë të gjitha objektet do të duken se kanë të njëjtën ngjyrë si kjo xhami. Pse majat e largëta me dëborë na duken rozë, dhe aspak blu?
Në mosmarrëveshjen me paraardhësit e tij, e vërteta ishte në anën e Njutonit. Ai vërtetoi se ajri nuk është i ngjyrosur.
Por prapë ai nuk e zgjidhi enigmën e kaltra qiellore. E ngatërroi ylberi, një nga fenomenet më të bukura, poetike të natyrës. Pse papritmas shfaqet dhe zhduket po aq papritur? Njutoni nuk mund të kënaqej me bestytninë mbizotëruese: një ylber është një shenjë nga lart, parathotë mot i mirë. Ai kërkoi të gjente shkakun material të çdo dukurie. Ai gjeti edhe arsyen e ylberit.
Ylberët janë rezultat i thyerjes së dritës në pikat e shiut. Pasi e kuptoi këtë, Njutoni ishte në gjendje të llogariste formën e harkut të ylberit dhe të shpjegonte sekuencën e ngjyrave të ylberit. Teoria e tij nuk mund të shpjegonte vetëm shfaqjen e një ylberi të dyfishtë, por kjo u bë vetëm tre shekuj më vonë me ndihmën e një teorie shumë komplekse.
Suksesi i teorisë së ylberit hipnotizoi Njutonin. Ai gabimisht vendosi që ngjyra blu e qiellit dhe ylberi ishin shkaktuar nga e njëjta arsye. Një ylber shpërthen vërtet kur rrezet e Diellit shpërthejnë nëpër një tufë pikash shiu. Por kaltërsia e qiellit është e dukshme jo vetëm në shi! Përkundrazi, është në mot të kthjellët, kur nuk bie as një shenjë shiu, që qielli është veçanërisht blu. Si nuk e vuri re këtë shkencëtari i madh? Njutoni mendoi se flluska të vogla uji, të cilat sipas teorisë së tij formonin vetëm pjesën blu të ylberit, notonin në ajër në çdo mot. Por ky ishte një mashtrim.
Zgjidhja e parë
Kaluan pothuajse 200 vjet dhe një shkencëtar tjetër anglez e mori këtë çështje - Rayleigh, i cili nuk kishte frikë se detyra ishte përtej fuqisë edhe të Njutonit të madh.
Rayleigh studioi optikë. Dhe njerëzit që i kushtojnë jetën e tyre studimit të dritës kalojnë shumë kohë në errësirë. Drita e jashtme ndërhyn në eksperimentet më të mira, kjo është arsyeja pse dritaret e laboratorit optik janë pothuajse gjithmonë të mbuluara me perde të zeza, të padepërtueshme.
Rayleigh mbeti për orë të tëra në laboratorin e tij të zymtë vetëm me rrezet e dritës që iknin nga instrumentet. Në shtegun e rrezeve ato vërtiteshin si grimca të gjalla pluhuri. Ata ishin të ndezur me shkëlqim dhe për këtë arsye u dalluan në sfondin e errët. Shkencëtari mund të ketë kaluar një kohë të gjatë duke i menduar lëvizjet e tyre të buta, ashtu si një person shikon lojën e shkëndijave në një oxhak.
Po të mos ishin këto pika pluhuri që kërcenin në rrezet e dritës që i sugjeruan Rayleigh mendim i ri për origjinën e ngjyrës së qiellit?
Edhe në kohët e lashta, u bë e ditur se drita udhëton në një vijë të drejtë. Ky zbulim i rëndësishëm mund të ishte bërë nga njeriu primitiv, duke vëzhguar sesi, duke thyer të çarat e kasolles, rrezet e diellit binin mbi mure dhe dysheme.
Por nuk ka gjasa që ai të jetë shqetësuar nga mendimi se pse ai sheh rrezet e dritës kur i shikon ato nga ana. Dhe këtu ka diçka për të menduar. Në fund të fundit, është me diell drita po vjen rreze nga plasaritja në dysheme. Syri i vëzhguesit është i vendosur anash dhe, megjithatë, e sheh këtë dritë.
Ne gjithashtu shohim dritë nga një qendër e vëmendjes që synon qiellin. Kjo do të thotë që një pjesë e dritës devijohet disi nga rruga e drejtpërdrejtë dhe drejtohet në syrin tonë.
Çfarë e bën atë të devijojë? Rezulton se këto janë pikat e pluhurit që mbushin ajrin. Rrezet që shpërndahen nga një grimcë pluhuri dhe rrezet hyjnë në syrin tonë, të cilat, duke hasur në pengesa, largohen nga rruga dhe përhapen në vijë të drejtë nga grimca e pluhurit që shpërndahet në syrin tonë.
"A janë këto pika pluhuri që e ngjyrosin qiellin blu?" – mendoi Rayleigh një ditë. Ai bëri llogaritjen dhe hamendja u kthye në një siguri. Ai gjeti një shpjegim për ngjyrën blu të qiellit, agimet e kuqe dhe mjegullën blu! Epo, sigurisht, kokrra të vogla pluhuri, madhësia e të cilave është më e vogël se gjatësia e valës së dritës, shpërndajnë rrezet e diellit dhe sa më e shkurtër gjatësia e valës së tij, aq më fort, njoftoi Rayleigh në 1871. Dhe duke qenë se rrezet vjollcë dhe blu në spektrin e dukshëm diellor kanë gjatësinë më të shkurtër të valës, ato shpërndahen më fort, duke i dhënë qiellit një ngjyrë blu.
Dielli dhe majat me borë iu bindën kësaj llogaritjeje të Rayleigh. Ata madje konfirmuan teorinë e shkencëtarit. Në lindjen dhe perëndim të diellit, kur rrezet e diellit kalojnë nëpër trashësinë më të madhe të ajrit, rrezet vjollce dhe blu, thotë teoria e Rayleigh, shpërndahen më fort. Në të njëjtën kohë, ata devijojnë nga rruga e drejtë dhe nuk bien në sy të vëzhguesit. Vëzhguesi sheh kryesisht rreze të kuqe, të cilat shpërndahen shumë më dobët. Kjo është arsyeja pse dielli na shfaqet i kuq në lindje dhe perëndim të diellit. Për të njëjtën arsye, majat e maleve të largëta me dëborë duken rozë.
Duke parë qiellin e kthjellët, shohim rrezet blu-blu që për shkak të shpërndarjes devijojnë nga rruga e drejtë dhe bien në sy. Dhe mjegulla që ndonjëherë shohim pranë horizontit na duket gjithashtu blu.
Gjë e vogël e bezdisshme
A nuk është e vërtetë? shpjegim i bukur? Vetë Rayleigh ishte aq i mahnitur nga ajo, shkencëtarët ishin aq të mahnitur nga harmonia e teorisë dhe fitorja e Rayleigh ndaj Njutonit, sa askush prej tyre nuk vuri re një gjë të thjeshtë. Megjithatë, kjo gjë e vogël duhet të kishte ndryshuar plotësisht vlerësimin e tyre.
Kush do ta mohojë që larg qytetit, ku ka shumë më pak pluhur në ajër, ngjyra blu e qiellit është veçanërisht e qartë dhe e ndritshme? Ishte e vështirë për vetë Rayleigh ta mohonte këtë. Prandaj... a nuk janë grimcat e pluhurit që shpërndajnë dritën? Atëherë çfarë?
Ai rishikoi të gjitha llogaritjet e tij përsëri dhe u bind se ekuacionet e tij ishin të sakta, por kjo do të thoshte se grimcat që shpërndaheshin me të vërtetë nuk ishin kokrra pluhuri. Për më tepër, kokrrat e pluhurit që janë të pranishme në ajër janë shumë më të gjata se gjatësia e valës së dritës, dhe llogaritjet e bindën Rayleighin se një grumbullim i madh i tyre nuk e rrit kaltërsinë e qiellit, por, përkundrazi, e dobëson atë. Shpërndarja e dritës nga grimcat e mëdha varet dobët nga gjatësia e valës dhe për këtë arsye nuk shkakton ndryshim në ngjyrën e saj.
Kur drita shpërndahet në grimca të mëdha, si drita e shpërndarë ashtu edhe ajo e transmetuar mbetet e bardhë, prandaj shfaqja e grimcave të mëdha në ajër i jep qiellit një ngjyrë të bardhë, dhe akumulimi sasi e madhe pikat e mëdha përcakton të bardhë retë dhe mjegulla. Kjo është e lehtë për t'u kontrolluar në një cigare të zakonshme. Tymi që del prej tij nga gryka gjithmonë duket i bardhë, dhe tymi që del nga fundi i tij i djegur ka ngjyrë kaltërosh.
Grimcat më të vogla të tymit që dalin nga fundi i djegur i një cigareje janë më të vogla se gjatësia e valës së dritës dhe, sipas teorisë së Rayleigh, shpërndajnë kryesisht ngjyrat vjollce dhe blu. Por kur kalojnë nëpër kanale të ngushta në trashësinë e duhanit, grimcat e tymit ngjiten së bashku (koagulohen), duke u bashkuar në gunga më të mëdha. Shumë prej tyre bëhen më të mëdha se gjatësia e valës së dritës dhe shpërndajnë të gjitha gjatësitë e valëve të dritës afërsisht në mënyrë të barabartë. Kjo është arsyeja pse tymi që vjen nga gryka duket i bardhë.
Po, ishte e kotë të argumentohej dhe të mbrohej një teori e bazuar në njolla pluhuri.
Pra, misteri i ngjyrës blu të qiellit doli përsëri para shkencëtarëve. Por Rayleigh nuk u dorëzua. Nëse ngjyra blu e qiellit është aq më e pastër dhe më e ndritshme sa më e pastër të jetë atmosfera, arsyetoi ai, atëherë ngjyra e qiellit nuk mund të shkaktohet nga asgjë tjetër përveç molekulave të vetë ajrit. Molekulat e ajrit, shkroi ai në artikujt e tij të rinj, janë ato grimca të vogla që shpërndajnë dritën e diellit!
Këtë herë Rayleigh ishte shumë i kujdesshëm. Para se të raportonte idenë e tij të re, ai vendosi ta testonte atë, për të krahasuar disi teorinë me përvojën.
Mundësia u shfaq në vitin 1906. Rayleigh u ndihmua nga astrofizikani amerikan Abbott, i cili studioi shkëlqimin blu të qiellit në Observatorin Mount Wilson. Duke përpunuar rezultatet e matjes së shkëlqimit të qiellit bazuar në teorinë e shpërndarjes së Rayleigh, Abbott numëroi numrin e molekulave të përfshira në secilën prej tyre. centimetër kub ajri. Doli të ishte një numër i madh! Mjafton të thuhet se nëse këto molekula do t'u shpërndaheshin të gjithë njerëzve që banonin globit, atëherë të gjithë do të marrin më shumë se 10 miliardë nga këto molekula. Me pak fjalë, Abbott zbuloi se në çdo centimetër kub të ajrit në temperaturë normale dhe presioni atmosferik përmban 27 miliardë herë një miliard molekula.
Numri i molekulave në një centimetër kub gazi mund të përcaktohet në mënyra të ndryshme bazuar në fenomene krejtësisht të ndryshme dhe të pavarura. Të gjitha ato çojnë në rezultate që përputhen ngushtë dhe japin një numër të quajtur numri Loschmidt.
Ky numër është i njohur për shkencëtarët dhe më shumë se një herë ka shërbyer si masë dhe kontroll në shpjegimin e dukurive që ndodhin në gaze.
Dhe kështu numri i marrë nga Abbott kur mat shkëlqimin e qiellit përkoi me numrin e Loschmidt me saktësi të madhe. Por në llogaritjet e tij ai përdori teorinë e shpërndarjes Rayleigh. Kështu, kjo vërtetoi qartë se teoria ishte e saktë, shpërndarje molekulare drita ekziston vërtet.
Dukej se teoria e Rayleigh u konfirmua në mënyrë të besueshme nga përvoja; të gjithë shkencëtarët e konsideruan atë të patëmetë.
U pranua përgjithësisht dhe u përfshi në të gjitha tekstet e optikës. Dikush mund të merrte frymë lehtë: më në fund ishte gjetur një shpjegim për një fenomen që ishte kaq i njohur dhe megjithatë misterioz.
Është edhe më e habitshme që në vitin 1907, në faqet e të famshmëve revistë shkencore përsëri u ngrit pyetja: pse qielli është blu?!.
mosmarrëveshje
Kush guxoi të vinte në dyshim teorinë e pranuar përgjithësisht të Rayleigh?
Mjaft e çuditshme, ky ishte një nga admiruesit dhe admiruesit më të zjarrtë të Rayleigh. Ndoshta askush nuk e vlerësoi dhe e kuptoi aq shumë Rayleigh-in, nuk i njihte aq mirë veprat e tij dhe nuk ishte aq i interesuar për punën e tij shkencore sa fizikani i ri rus Leonid Mandelstam.
"Karakteri i mendjes së Leonid Isaakovich," kujtoi më vonë një tjetër shkencëtar sovjetik, Akademiku N.D. Papaleksi - kishte shumë të përbashkëta me Rayleigh. Dhe nuk është rastësi që mënyrat e tyre krijimtarinë shkencore shpesh ecnin paralelisht dhe kalonin disa herë.
Ata u kryqëzuan edhe këtë herë për çështjen e origjinës së ngjyrës së qiellit. Para kësaj, Mandelstam ishte i interesuar kryesisht në inxhinierinë e radios. Për fillimin e shekullit tonë ishte absolutisht zonë e re shkencën dhe pak njerëz e kuptuan atë. Pas zbulimit të A.S. Popov (në 1895) kishin kaluar vetëm disa vjet dhe nuk kishte fund për punën për t'u bërë. Në një periudhë të shkurtër, Mandelstam kreu shumë kërkime serioze në këtë fushë dridhjet elektromagnetike në lidhje me pajisjet radio-inxhinierike. Në vitin 1902 mbrojti disertacionin dhe në moshën njëzet e tre vjeçare mori gradën Doktor i Filozofisë Natyrore në Universitetin e Strasburgut.
Ndërsa merrej me çështjet e ngacmimit të valëve të radios, Mandelstam studioi natyrshëm veprat e Rayleigh, i cili ishte një autoritet i njohur në studim. proceset osciluese. Dhe mjeku i ri në mënyrë të pashmangshme u njoh me problemin e ngjyrosjes së qiellit.
Por, pasi u njoh me çështjen e ngjyrës së qiellit, Mandelstam jo vetëm që tregoi gabimin, ose, siç tha ai vetë, "papërshtatshmërinë" e teorisë përgjithësisht të pranuar të shpërndarjes molekulare të dritës së Rayleigh, jo vetëm zbuloi sekretin. të ngjyrës blu të qiellit, por gjithashtu hodhi themelet për kërkime që çuan në një nga zbulimet më të rëndësishme fizika e shekullit XX.
Gjithçka filloi me një mosmarrëveshje në mungesë me një nga fizikantët kryesorë, babain teoria kuantike, M. Planck. Kur Mandelstam u njoh me teorinë e Rayleigh, ajo e mahniti atë me rezervën e saj dhe paradokset e brendshme, të cilat, për habinë e fizikantit të ri, Rayleigh i vjetër, me përvojë nuk i vuri re. Pamjaftueshmëria e teorisë së Rayleigh u zbulua veçanërisht qartë kur analizohej një teori tjetër, e ndërtuar mbi bazën e saj nga Planck për të shpjeguar dobësimin e dritës kur kalonte përmes një mjedisi transparent optikisht homogjen.
Në këtë teori, u mor për bazë se vetë molekulat e substancës nëpër të cilat kalon drita janë burime të valëve dytësore. Për të krijuar këto valë dytësore, argumentoi Planck, shpenzohet një pjesë e energjisë së valës që kalon, e cila zbutet. Ne shohim se kjo teori bazohet në teorinë e Rayleigh të shpërndarjes molekulare dhe mbështetet në autoritetin e saj.
Mënyra më e lehtë për të kuptuar thelbin e çështjes është duke parë valët në sipërfaqen e ujit. Nëse një valë ndeshet me objekte të palëvizshme ose lundruese (grumbulla, trungje, varka, etj.), atëherë valët e vogla shpërndahen në të gjitha drejtimet nga këto objekte. Kjo nuk është gjë tjetër veçse shpërndarje. Një pjesë e energjisë së valës rënëse shpenzohet në valë dytësore emocionuese, të cilat janë mjaft të ngjashme me dritën e shpërndarë në optikë. Në këtë rast, vala fillestare dobësohet - zbehet.
Objektet lundruese mund të jenë shumë më të vogla se gjatësia e valës që udhëton nëpër ujë. Edhe kokrrat e vogla do të shkaktojnë valë dytësore. Natyrisht, ndërsa madhësia e grimcave zvogëlohet, valët dytësore që ato formojnë dobësohen, por ato gjithsesi do të heqin energjinë e valës kryesore.
Kjo është afërsisht se si Planck e imagjinoi procesin e dobësimit të një valë drite ndërsa kalon përmes një gazi, por roli i kokrrave në teorinë e tij luhej nga molekulat e gazit.
Mandelstam u interesua për këtë vepër të Planck.
Treni i mendimit të Mandelstam mund të shpjegohet gjithashtu duke përdorur shembullin e valëve në sipërfaqen e ujit. Thjesht duhet ta shikoni më me kujdes. Pra, edhe kokrrat e vogla që notojnë në sipërfaqen e ujit janë burim i valëve dytësore. Por çfarë do të ndodhë nëse këto kokrra derdhen aq trashë sa të mbulojnë të gjithë sipërfaqen e ujit? Pastaj do të rezultojë se valët sekondare individuale të shkaktuara nga kokrra të shumta do të shtohen në atë mënyrë që ato do të shuajnë plotësisht ato pjesë të valëve që shkojnë anash dhe prapa, dhe shpërndarja do të ndalet. Mbetet vetëm një valë që shkon përpara. Ajo do të vrapojë përpara pa u dobësuar fare. Rezultati i vetëm i pranisë së të gjithë masës së kokrrave do të jetë një rënie e lehtë e shpejtësisë së përhapjes së valës primare. Është veçanërisht e rëndësishme që e gjithë kjo të mos varet nga fakti nëse kokrrat janë të palëvizshme ose lëvizin në sipërfaqen e ujit. Agregati i kokrrave thjesht do të veprojë si një ngarkesë në sipërfaqen e ujit, duke ndryshuar densitetin e shtresës së sipërme të tij.
Mandelstam bëri një llogaritje matematikore për rastin kur numri i molekulave në ajër është aq i madh sa që edhe një zonë kaq e vogël si gjatësia e valës së dritës përmban shumë numër i madh molekulat. Doli se dytësore valë të lehta, të ngacmuara nga molekula individuale që lëvizin në mënyrë kaotike, shtohen në të njëjtën mënyrë si valët në shembullin me kokrra. Kjo do të thotë se në këtë rast vala e dritës përhapet pa shpërndarje dhe dobësim, por me një shpejtësi pak më të ulët. Kjo hodhi poshtë teorinë e Rayleigh, i cili besonte se lëvizja e grimcave shpërndarëse në të gjitha rastet siguron shpërndarjen e valëve, dhe për këtë arsye hodhi poshtë teorinë e Planck-ut të bazuar në të.
Kështu, rëra u zbulua nën themelin e teorisë së shpërndarjes. E gjithë ndërtesa madhështore filloi të dridhej dhe kërcënoi të shembet.
Rastësi
Por ç'të themi për përcaktimin e numrit Loschmidt nga matjet e shkëlqimit blu të qiellit? Në fund të fundit, përvoja konfirmoi teorinë e Rayleigh të shpërndarjes!
"Kjo rastësi duhet të konsiderohet si e rastësishme," shkroi Mandelstam në vitin 1907 në veprën e tij "Mbi mediat optike homogjene dhe të turbullta".
Mandelstam tregoi se lëvizja e rastësishme e molekulave nuk mund ta bëjë një gaz homogjen. Përkundrazi, në gaz i vërtetë Gjithmonë ka rrallime dhe ngjeshje të vogla të formuara si rezultat i lëvizjes termike kaotike. Janë ata që çojnë në shpërndarjen e dritës, pasi prishin homogjenitetin optik të ajrit. Në të njëjtën vepër, Mandelstam shkroi:
"Nëse mediumi është optikisht johomogjen, atëherë, në përgjithësi, drita e incidentit do të shpërndahet në anët."
Por meqenëse madhësitë e inhomogjeniteteve që lindin si rezultat i lëvizjes kaotike janë më të vogla se gjatësia e valëve të dritës, valët që korrespondojnë me pjesët vjollce dhe blu të spektrit do të shpërndahen kryesisht. Dhe kjo çon, në veçanti, në ngjyrën blu të qiellit.
Kështu gjëegjëza e qiellit të kaltër u zgjidh më në fund. Pjesa teorike u zhvillua nga Rayleigh. Natyra fizike Difuzorët u instaluan nga Mandelstam.
Merita e madhe e Mandelstamit qëndron në faktin se ai vërtetoi se supozimi i homogjenitetit të përsosur të një gazi është i papajtueshëm me faktin e shpërndarjes së dritës në të. Ai kuptoi se ngjyra blu e qiellit vërtetoi se homogjeniteti i gazeve ishte vetëm i dukshëm. Më saktësisht, gazrat duken homogjenë vetëm kur ekzaminohen me instrumente të papërpunuara, të tilla si një barometër, peshore ose instrumente të tjera që ndikohen nga shumë miliarda molekula në të njëjtën kohë. Por rrezja e dritës ndjen sasi të pakrahasueshme molekulash, të matura vetëm në dhjetëra mijëra. Dhe kjo është e mjaftueshme për të vërtetuar pa dyshim se dendësia e gazit është vazhdimisht subjekt i ndryshimeve të vogla lokale. Prandaj, një medium që është homogjen nga këndvështrimi ynë "i përafërt" është në realitet heterogjen. Nga "pikëpamja e dritës" duket e turbullt dhe për këtë arsye shpërndan dritën.
Ndryshimet e rastësishme lokale në vetitë e një substance, që vijnë nga lëvizja termike e molekulave, tani quhen luhatje. Pasi sqaroi origjinën e luhatjes së shpërndarjes molekulare të dritës, Mandelstam hapi rrugën për një metodë të re të studimit të materies - metodën e luhatjes ose statistikore, e cila u zhvillua më vonë nga Smoluchowski, Lorentz, Ajnshtajni dhe ai vetë në një departament të ri të madh të fizikës - fizika statistikore.
Qielli duhet të vezullojë!
Pra, u zbulua misteri i ngjyrës blu të qiellit. Por studimi i shpërndarjes së dritës nuk u ndal me kaq. Duke tërhequr vëmendjen ndaj ndryshimeve pothuajse të padukshme në densitetin e ajrit dhe duke shpjeguar ngjyrën e qiellit me shpërndarje luhatëse të dritës, Mandelstam, me ndjenjën e tij të mprehtë të një shkencëtari, zbuloi një veçori të re, edhe më delikate të këtij procesi.
Në fund të fundit, inhomogjeniteti i ajrit shkaktohet nga luhatjet e rastësishme në densitetin e tij. Madhësia e këtyre inhomogjeniteteve të rastësishme dhe dendësia e grumbullimeve ndryshon me kalimin e kohës. Prandaj, arsyetoi shkencëtari, intensiteti - forca e dritës së shpërndarë - gjithashtu duhet të ndryshojë me kalimin e kohës! Në fund të fundit, sa më të dendura të jenë grumbujt e molekulave, aq më intensive është drita që shpërndahet mbi to. Dhe meqenëse këto grumbuj shfaqen dhe zhduken në mënyrë kaotike, qielli, thënë thjesht, duhet të vezullojë! Fuqia e shkëlqimit dhe ngjyra e saj duhet të ndryshojnë gjatë gjithë kohës (por shumë dobët)! Por a e ka vënë re dikush ndonjëherë një dridhje të tillë? Sigurisht që jo.
Ky efekt është aq delikat sa me sy të lirë nuk do ta vini re.
Asnjë nga shkencëtarët nuk ka vërejtur një ndryshim të tillë në shkëlqimin e qiellit. Vetë Mandelstam nuk pati mundësinë të verifikonte përfundimet e teorisë së tij. Organizimi i eksperimenteve komplekse fillimisht u pengua nga kushtet e këqija Rusia cariste dhe më pas vështirësitë e viteve të para të revolucionit, ndërhyrja e huaj dhe lufta civile.
Në 1925, Mandelstam u bë kreu i departamentit në Universitetin e Moskës. Këtu ai u takua me shkencëtarin e shquar dhe eksperimentuesin e aftë Grigory Samuilovich Landsberg. Dhe kështu, e lidhur me miqësi të thellë dhe të përbashkët interesat shkencore, së bashku vazhduan sulmin e tyre ndaj sekreteve të fshehura në rrezet e dobëta të dritës së shpërndarë.
Laboratorët optikë të universitetit në ato vite ishin ende shumë të varfër në instrumente. Nuk kishte asnjë instrument të vetëm në universitet që mund të dallonte dridhjet e qiellit ose ato diferenca të vogla në frekuencat e incidentit dhe dritës së shpërndarë që teoria parashikonte se ishin rezultat i kësaj dridhjeje.
Megjithatë, kjo nuk i ndaloi studiuesit. Ata hoqën dorë nga ideja për të imituar qiellin brenda kushtet laboratorike. Kjo vetëm sa do të komplikonte një përvojë tashmë delikate. Ata vendosën të studiojnë jo shpërndarjen e dritës së bardhë - komplekse, por shpërndarjen e rrezeve të një frekuence të përcaktuar rreptësisht. Nëse ata e dinë saktësisht frekuencën e dritës rënëse, do të jetë shumë më e lehtë të kërkohen ato frekuenca afër saj që duhet të lindin gjatë shpërndarjes. Për më tepër, teoria sugjeroi që vëzhgimet ishin më të lehta për t'u kryer në trupa të ngurtë, pasi molekulat në to ndodheshin shumë më afër njëra-tjetrës sesa në gaze, dhe sa më e dendur të ishte substanca, aq më e madhe ishte shpërndarja.
Filloi një kërkim i mundimshëm për më së shumti materiale të përshtatshme. Më në fund zgjedhja ra në kristalet e kuarcit. Vetëm sepse janë të mëdhenj kristale të qarta kuarci është më i arritshëm se çdo tjetër.
Ajo zgjati dy vjet eksperimente përgatitore, u zgjodhën mostrat më të pastra të kristaleve, u përmirësua teknika, u vendosën shenja me të cilat u bë e mundur të dallohej padiskutim shpërndarja në molekulat e kuarcit nga shpërndarja në përfshirje të rastësishme, inhomogjenitetet kristalore dhe papastërtitë.
zgjuarsi dhe punë
Në mungesë të pajisjeve të fuqishme për analizën spektrale, shkencëtarët zgjodhën një zgjidhje të zgjuar që supozohej të bënte të mundur përdorimin e instrumenteve ekzistuese.
Vështirësia kryesore në këtë punë ishte se drita e dobët e shkaktuar nga shpërndarja molekulare mbivendosej nga një dritë shumë më e fortë e shpërndarë nga papastërtitë e vogla dhe defekte të tjera në mostrat e kristalit që u morën për eksperimentet. Studiuesit vendosën të përfitojnë nga fakti se drita e shpërndarë e formuar nga defektet e kristalit dhe reflektimet nga pjesë të ndryshme cilësimet përputhen saktësisht me frekuencën e dritës së incidentit. Ata ishin të interesuar vetëm për dritën me një frekuencë të ndryshuar në përputhje me teorinë e Mandelstam. Kështu, detyra ishte të bënin, në sfondin e kësaj, shumë më tepër dritë e ndritshme nxjerr në pah dritën e frekuencës së ndryshuar të shkaktuar nga shpërhapja molekulare.
Për të siguruar që drita e shpërndarë të kishte një madhësi që mund të zbulohej, shkencëtarët vendosën të ndriçonin kuarcin me pajisjen më të fuqishme të ndriçimit që kishin në dispozicion: një llambë merkuri.
Pra, drita e shpërndarë në kristal duhet të përbëhet nga dy pjesë: dritë e dobët frekuenca e ndryshuar, për shkak të shpërndarjes molekulare (studimi i kësaj pjese ishte qëllimi i shkencëtarëve), dhe nga drita shumë më e fortë e frekuencës së pandryshuar, shkaktoi për arsye të jashtme(kjo pjesë ishte e dëmshme, e vështirësoi kërkimin).
Ideja e metodës ishte tërheqëse për shkak të thjeshtësisë së saj: është e nevojshme të thithni dritën e një frekuence konstante dhe të kaloni vetëm dritën e një frekuence të ndryshuar në aparatin spektral. Por diferencat e frekuencës ishin vetëm disa të mijëtat e përqindjes. Asnjë laborator në botë nuk kishte një filtër të aftë për të ndarë frekuenca kaq të afërta. Megjithatë, një zgjidhje u gjet.
Drita e shpërndarë kaloi nëpër një enë që përmbante avujt e merkurit. Si rezultat, e gjithë drita "e dëmshme" ishte "ngecur" në enë dhe drita "e dobishme" kaloi pa dobësim të dukshëm. Eksperimentuesit përfituan nga një rrethanë tashmë e njohur. Një atom i materies, siç pretendon fizika kuantike, është i aftë të lëshojë valë drite vetëm në frekuenca shumë specifike. Në të njëjtën kohë, ky atom është gjithashtu i aftë të thithë dritën. Për më tepër, vetëm valët e lehta të atyre frekuencave që ai vetë mund të lëshojë.
Në një llambë merkuri, drita lëshohet nga avulli i merkurit, i cili shkëlqen nën ndikim shkarkimi elektrik, që ndodh brenda llambës. Nëse kjo dritë kalohet përmes një ene që gjithashtu përmban avujt e merkurit, ajo do të absorbohet pothuajse plotësisht. Ajo që parashikon teoria do të ndodhë: atomet e merkurit në enë do të thithin dritën e emetuar nga atomet e merkurit në llambë.
Drita nga burime të tjera, të tilla si një llambë neoni, do të kalojë nëpër avujt e merkurit të padëmtuar. Atomet e merkurit as nuk do t'i kushtojnë vëmendje. Ajo pjesë e dritës nga një llambë merkuri që u shpërnda në kuarc me një ndryshim në gjatësinë e valës nuk do të absorbohet as.
Ishte kjo rrethanë e përshtatshme që Mandelstam dhe Landsberg e shfrytëzuan.
Zbulim i mahnitshëm
Në vitin 1927, filluan eksperimentet vendimtare. Shkencëtarët ndriçuan një kristal kuarci me dritën e një llambë merkuri dhe përpunuan rezultatet. Dhe... u habitën.
Rezultatet e eksperimentit ishin të papritura dhe të pazakonta. Ajo që shkencëtarët zbuluan nuk ishte aspak ajo që prisnin, jo ajo që ishte parashikuar nga teoria. Ata zbuluan një fenomen krejtësisht të ri. Por cila? Dhe a nuk është ky një gabim? Drita e shpërndarë nuk zbuloi frekuencat e pritura, por frekuenca shumë më të larta dhe më të ulëta. Një kombinim i tërë frekuencash u shfaq në spektrin e dritës së shpërndarë, të cilat nuk ishin të pranishme në dritën e rënë në kuarc. Ishte thjesht e pamundur të shpjegohej pamja e tyre me inhomogjenitete optike në kuarc.
Filloi një kontroll i plotë. Eksperimentet u kryen pa të meta. Ata u konceptuan aq të mprehtë, të përsosur dhe shpikës sa nuk mund të mos i admirosh.
"Leonid Isaakovich ndonjëherë zgjidhte probleme teknike shumë të vështira aq bukur dhe nganjëherë shkëlqyeshëm saqë secili prej nesh shtroi pyetjen në mënyrë të pavullnetshme: "Pse nuk më ndodhi më parë?" - thotë një nga punonjësit.
Eksperimente të ndryshme kontrolli konfirmuan vazhdimisht se nuk kishte asnjë gabim. Në fotografitë e spektrit të dritës së shpërndarë, vija të dobëta dhe megjithatë mjaft të dukshme shfaqeshin vazhdimisht, duke treguar praninë e frekuencave "ekstra" në dritën e shpërndarë.
Për shumë muaj, shkencëtarët kanë kërkuar një shpjegim për këtë fenomen. Ku u shfaqën frekuencat “aliene” në dritën e shpërndarë?!
Dhe erdhi dita kur Mandelstam u godit nga një hamendje e mahnitshme. Ishte një zbulim mahnitës, i njëjti që tani konsiderohet si një nga zbulimet më të rëndësishme të shekullit të 20-të.
Por si Mandelstam ashtu edhe Landsberg arritën në një vendim unanim që ky zbulim mund të publikohej vetëm pas një kontrolli të fortë, pas një depërtimi shterues në thellësitë e fenomenit. Eksperimentet përfundimtare kanë filluar.
Me ndihmën e diellit
Më 16 shkurt, shkencëtarët indianë C.N. Raman dhe K.S. Krishnan i dërgoi një telegram nga Kalkuta kësaj reviste me përshkrim i shkurtër të zbulimit të tij.
Në ato vite, letra nga e gjithë bota u dyndën në revistën Nature për një sërë zbulimesh. Por jo çdo mesazh është i destinuar të shkaktojë emocione te shkencëtarët. Kur doli çështja me letrën e shkencëtarëve indianë, fizikanët ishin shumë të emocionuar. Vetëm titulli i shënimit është " Lloji i ri rrezatimi sekondar” – zgjoi interes. Në fund të fundit, optika është një nga shkencat më të vjetra, nuk ishte shpesh e mundur të zbulohej diçka e panjohur në të në shekullin e 20-të.
Mund të imagjinohet me çfarë interesi fizikanët në mbarë botën prisnin letrat e reja nga Kalkuta.
Interesimi i tyre u ushqye në një masë të madhe nga vetë personaliteti i njërit prej autorëve të zbulimit, Raman. Ky është një njeri me një fat kurioz dhe një biografi të jashtëzakonshme, shumë të ngjashme me atë të Ajnshtajnit. Ajnshtajni në rininë e tij ishte një mësues i thjeshtë gjimnazi, dhe më pas një punonjës i zyrës së patentave. Ishte gjatë kësaj periudhe që ai përfundoi veprat më domethënëse të tij. Raman, një fizikant brilant, edhe pas mbarimit të universitetit, u detyrua të shërbente në departamentin e financës për dhjetë vjet dhe vetëm pas kësaj u ftua në departamentin e Universitetit të Kalkutës. Raman shpejt u bë kreu i njohur i shkollës indiane të fizikanëve.
Pak para ngjarjeve të përshkruara, Raman dhe Krishnan u interesuan për një detyrë kurioze. Në atë kohë, pasionet e shkaktuara nga zbulimi në vitin 1923 nuk ishin qetësuar ende fizikan amerikan Compton, i cili, duke studiuar kalimin e rrezeve X përmes materies, zbuloi se disa nga këto rreze, duke u shpërndarë larg drejtimit fillestar, rrisin gjatësinë e valës së tyre. E përkthyer në gjuhën e optikës, mund të themi se rrezet X, duke u përplasur me molekulat e një substance, ndryshuan "ngjyrën" e tyre.
Ky fenomen shpjegohej lehtësisht nga ligjet e fizikës kuantike. Prandaj, zbulimi i Compton ishte një nga provat vendimtare të korrektësisë së teorisë së re kuantike.
Ne vendosëm të provonim diçka të ngjashme, por në optikë. zbuluar nga shkencëtarët indianë. Ata donin të kalonin dritën përmes një substance dhe të shihnin se si rrezet e saj do të shpërndaheshin në molekulat e substancës dhe nëse gjatësia e valës së tyre do të ndryshonte.
Siç mund ta shihni, me dëshirë ose pa dëshirë, shkencëtarët indianë i kanë vënë vetes të njëjtën detyrë si shkencëtarët sovjetikë. Por qëllimet e tyre ishin të ndryshme. Në Kalkutë, ata po kërkonin një analogji optike të efektit Compton. Në Moskë - konfirmim eksperimental Parashikimi i Mandelstamit për frekuencën ndryshon kur drita shpërndahet nga inhomogjenitete luhatëse.
Raman dhe Krishnan projektuan një eksperiment kompleks sepse efekti i pritur ishte jashtëzakonisht i vogël. Eksperimenti kërkonte një burim drite shumë të ndritshëm. Dhe më pas ata vendosën të përdorin diellin, duke mbledhur rrezet e tij duke përdorur një teleskop.
Diametri i thjerrëzës së tij ishte tetëmbëdhjetë centimetra. Studiuesit e drejtuan dritën e mbledhur përmes një prizmi mbi enë që përmbanin lëngje dhe gazra që ishin pastruar plotësisht nga pluhuri dhe ndotës të tjerë.
Por për të zbuluar zgjatjen e pritshme të gjatësisë së valës së vogël të dritës së shpërndarë duke përdorur të bardhën rrezet e diellit, që përmbante pothuajse të gjitha gjatësitë e valëve të mundshme, ishte e pashpresë. Prandaj, shkencëtarët vendosën të përdorin filtra të dritës. Ata vendosën një filtër blu-vjollcë përpara thjerrëzës dhe vëzhguan dritën e shpërndarë përmes një filtri të verdhë-jeshile. Me të drejtë vendosën që ajo që do të kalonte filtri i parë do të ngecte në të dytin. Në fund të fundit, filtri i verdhë-jeshile thith rrezet blu-vjollcë të transmetuara nga filtri i parë. Dhe të dyja, të vendosura njëra pas tjetrës, duhet të thithin të gjithë dritën e rënë. Nëse disa rreze bien në syrin e vëzhguesit, atëherë do të jetë e mundur të thuhet me besim se ato nuk ishin në dritën e incidentit, por kanë lindur në substancën në studim.
Kolombi
Në të vërtetë, në dritën e shpërndarë, Raman dhe Krishnan zbuluan rrezet që kalonin nëpër filtrin e dytë. Ata regjistruan frekuenca shtesë. Ky në parim mund të jetë efekti optik Compton. Kjo do të thotë, kur shpërndahet në molekulat e një lënde të vendosur në enë, drita blu-vjollcë mund të ndryshojë ngjyrën e saj dhe të bëhet e verdhë-jeshile. Por kjo ende duhej të vërtetohej. Mund të ketë arsye të tjera që shkaktojnë shfaqjen e dritës verdhë-jeshile. Për shembull, mund të shfaqet si rezultat i lumineshencës - një shkëlqim i dobët që shpesh shfaqet në lëngje dhe trupa të ngurtë nën ndikimin e dritës, nxehtësisë dhe shkaqeve të tjera. Natyrisht, kishte një gjë - kjo dritë lindi përsëri, nuk ishte e përfshirë në dritën që binte.
Shkencëtarët përsëritën eksperimentin e tyre me gjashtë lëngje të ndryshme dhe dy lloje avulli. Ata ishin të bindur se as luminescenca dhe as arsye të tjera nuk luajnë një rol këtu.
Fakti që gjatësia e valës së dritës së dukshme rritet kur ajo shpërndahet në materie, dukej e vërtetuar për Raman dhe Krishnan. Dukej se kërkimi i tyre u kurorëzua me sukses. Ata zbuluan një analog optik të efektit Compton.
Por në mënyrë që eksperimentet të kishin një formë të përfunduar dhe përfundimet të ishin mjaftueshëm bindëse, ishte e nevojshme të bëhej edhe një pjesë e punës. Nuk ishte e mjaftueshme për të zbuluar një ndryshim në gjatësinë e valës. Ishte e nevojshme të matej përmasat e këtij ndryshimi. Hapi i parë u ndihmua nga një filtër drite. Ai ishte i pafuqishëm për të bërë të dytën. Këtu shkencëtarët kishin nevojë për një spektroskop - një pajisje që u lejon atyre të masin gjatësinë e valës së dritës që studiohet.
Dhe studiuesit filluan pjesën e dytë, jo më pak komplekse dhe të mundimshme. Por ajo i përmbushi edhe pritshmëritë e tyre. Rezultatet konfirmuan përsëri përfundimet e pjesës së parë të punës. Megjithatë, gjatësia e valës doli të ishte papritur e madhe. Shumë më tepër se sa pritej. Kjo nuk i shqetësoi studiuesit.
Si mund të mos kujtojmë Kolombin këtu? Ai kërkoi të gjente rrugë detare në Indi dhe, pasi kishte parë tokën, nuk kishte dyshim se ia kishte arritur qëllimit. A kishte arsye të dyshonte në besimin e tij në pamjen e banorëve të kuq dhe natyrën e panjohur të Botës së Re?
A nuk është kështu Raman dhe Krishnan, duke synuar të zbulojnë efektin Compton në dritë e dukshme, vendosën që e gjetën duke ekzaminuar dritën që kalonte nëpër lëngjet dhe gazrat e tyre?! A dyshuan ata kur matjet treguan një ndryshim të papritur më të madh në gjatësinë e valës së rrezeve të shpërndara? Çfarë përfundimi nxorrën nga zbulimi i tyre?
Sipas shkencëtarëve indianë, ata gjetën atë që kërkonin. Më 23 mars 1928, një telegram me një artikull të titulluar "Analogji optike e efektit Compton" fluturoi në Londër. Shkencëtarët shkruan: "Kështu, analogjia optike e efektit Compton është e dukshme, përveç se kemi të bëjmë me një ndryshim në gjatësinë e valës shumë më të madhe..." Shënim: "shumë më i madh..."
Vallja e atomeve
Puna e Ramanit dhe Krishnanit u prit me duartrokitje midis shkencëtarëve. Të gjithë e admiruan me të drejtë artin e tyre eksperimental. Për këtë zbulim, Raman iu dha çmimi Nobel në vitin 1930.
Bashkëngjitur letrës nga shkencëtarët indianë ishte një fotografi e spektrit, në të cilën linjat që përshkruanin frekuencën e dritës së rënë dhe dritën e shpërndarë në molekulat e substancës zunë vendin e tyre. Kjo fotografi, sipas Raman dhe Krishnan, ilustroi zbulimin e tyre më qartë se kurrë.
Kur Mandelstam dhe Landsberg shikuan këtë fotografi, ata panë një kopje pothuajse të saktë të fotografisë që kishin marrë! Por, pasi u njohën me shpjegimin e saj, ata menjëherë kuptuan se Raman dhe Krishnan kishin gabuar.
Jo, shkencëtarët indianë nuk zbuluan efektin Compton, por një fenomen krejtësisht tjetër, i njëjti që shkencëtarët sovjetikë kishin studiuar për shumë vite...
Ndërsa eksitimi i shkaktuar nga zbulimi i shkencëtarëve indianë po rritej, Mandelstam dhe Landsberg po përfundonin eksperimentet e kontrollit dhe po përmblidhnin rezultatet përfundimtare vendimtare.
Dhe kështu më 6 maj 1928, ata dërguan një artikull për të shtypur. Një fotografi e spektrit i ishte bashkangjitur artikullit.
Duke përshkruar shkurtimisht historinë e çështjes, studiuesit dhanë një interpretim të detajuar të fenomenit që zbuluan.
Pra, cili ishte ky fenomen që bëri që shumë shkencëtarë të vuanin dhe të trondisin trurin e tyre?
Intuita e thellë dhe mendja analitike e Mandelstamit i tha menjëherë shkencëtarit se ndryshimet e zbuluara në frekuencën e dritës së shpërndarë nuk mund të shkaktoheshin nga ato forcat ndërmolekulare, të cilat barazojnë përsëritjet e rastësishme të densitetit të ajrit. Shkencëtarit iu bë e qartë se arsyeja qëndron padyshim brenda vetë molekulave të substancës, se fenomeni shkaktohet nga dridhjet intramolekulare të atomeve që formojnë molekulën.
Luhatje të tilla ndodhin me shumë më tepër frekuencë të lartë, sesa ato që shoqërojnë formimin dhe resorbimin e inhomogjeniteteve të rastësishme në mjedis. Janë këto dridhje të atomeve në molekula që ndikojnë në dritën e shpërndarë. Atomet duket se e shënojnë atë, lënë gjurmët e tyre mbi të, e kodojnë atë me frekuenca shtesë.
Ishte një supozim i bukur, një pushtim i guximshëm i mendimit njerëzor përtej kordonit të kalasë së vogël të natyrës - molekulës. Dhe ky zbulim solli informacion të vlefshëm për strukturën e tij të brendshme.
Dorë për dore
Pra, ndërsa përpiqej të zbulonte një ndryshim të vogël në frekuencën e dritës së shpërndarë të shkaktuar nga forcat ndërmolekulare, u zbulua një ndryshim më i madh në frekuencë të shkaktuar nga forcat intramolekulare.
Kështu, për të shpjeguar fenomenin e ri, i cili u quajt "Shpërndarja Raman e dritës", mjaftoi të plotësohej teoria e shpërndarjes molekulare të krijuar nga Mandelstam me të dhëna mbi ndikimin e dridhjeve të atomeve brenda molekulave. Fenomeni i ri u zbulua si rezultat i zhvillimit të idesë së Mandelstam, të formuluar prej tij në vitin 1918.
Po, jo pa arsye, siç tha Akademiku S.I. Vavilov, "Natyra i dhuroi Leonid Isaakovich një vizionar krejtësisht të pazakontë mendje delikate, i cili menjëherë vuri re dhe kuptoi kryesorin, të cilin shumica e kaloi indiferente. Kështu u kuptua thelbi i luhatjes së shpërndarjes së dritës dhe kështu u shfaq ideja e një ndryshimi të spektrit gjatë shpërndarjes së dritës, e cila u bë baza për zbulimin e shpërndarjes së Ramanit.
Më pas, përfitime të mëdha u nxorën nga ky zbulim dhe ai mori një zbatim të vlefshëm praktik.
Në momentin e zbulimit të tij, dukej vetëm një kontribut më i vlefshëm për shkencën.
Po Raman dhe Krishnan? Si reaguan ata ndaj zbulimit të shkencëtarëve sovjetikë, por edhe ndaj tyre? A e kuptuan se çfarë kishin zbuluar?
Përgjigja e këtyre pyetjeve gjendet në letrën e mëposhtme nga Raman dhe Krishnan, të cilën ata e dërguan në shtyp 9 ditë pas botimit të artikullit nga shkencëtarët sovjetikë. Po, ata e kuptuan se fenomeni që vëzhguan nuk ishte efekti Compton. Kjo është shpërndarja e dritës nga Rama.
Pas botimit të letrave të Raman dhe Krishnan dhe artikujt e Mandelstam dhe Landsberg, u bë e qartë për shkencëtarët në mbarë botën se i njëjti fenomen ishte bërë dhe studiuar në mënyrë të pavarur dhe pothuajse njëkohësisht në Moskë dhe Kalkuta. Por fizikantët e Moskës e studiuan atë në kristale kuarci, dhe fizikantët indianë e studiuan atë në lëngje dhe gazra.
Dhe ky paralelizëm, natyrisht, nuk ishte i rastësishëm. Ajo flet për rëndësinë e problemit dhe rëndësinë e tij të madhe shkencore. Nuk është për t'u habitur që rezultatet afër përfundimeve të Mandelstam dhe Raman në fund të prillit 1928 u morën gjithashtu në mënyrë të pavarur nga shkencëtarët francezë Rocard dhe Kaban. Pas ca kohësh, shkencëtarët kujtuan se në vitin 1923, fizikani çek Smekal parashikoi teorikisht të njëjtin fenomen. Pas punës së Smekal, u shfaqën kërkime teorike nga Kramers, Heisenberg dhe Schrödinger.
Me sa duket, vetëm mungesa e informacionit shkencor mund të shpjegojë faktin se shkencëtarët në shumë vende punuan për të zgjidhur të njëjtin problem pa e ditur as atë.
Tridhjetë e shtatë vjet më vonë
Studimet Raman nuk kanë zbuluar vetëm kapitull i ri në shkencën e dritës. Në të njëjtën kohë dhanë armë e fuqishme teknologjisë. Industria e pranuar mënyrë e shkëlqyer studimi i vetive të materies.
Në fund të fundit, frekuencat e shpërndarjes së dritës nga Raman janë gjurmë që mbivendosen në dritë nga molekulat e mediumit që shpërndan dritën. Dhe në substanca të ndryshme këto printime nuk janë të njëjta. Kjo është ajo që i dha të drejtën akademikut Mandelstam për ta quajtur shpërndarjen e dritës në Raman "gjuha e molekulave". Për ata që mund të lexojnë gjurmët e molekulave në rrezet e dritës dhe të përcaktojnë përbërjen e dritës së shpërndarë, molekulat, duke përdorur këtë gjuhë, do të tregojnë për sekretet e strukturës së tyre.
Në negativin e një fotografie të spektrit Raman nuk ka gjë tjetër veçse vija me errësirë të ndryshme. Por nga kjo fotografi, një specialist do të llogarisë frekuencat e dridhjeve intramolekulare që u shfaqën në dritën e shpërndarë pasi ajo kaloi përmes substancës. Fotografia do të tregojë për shumë anë të panjohura deri më tani jeta e brendshme molekulat: për strukturën e tyre, për forcat që lidhin atomet në molekula, rreth lëvizjet relative atomet. Duke mësuar të deshifrojnë spektrogramet Raman, fizikantët mësuan të kuptojnë "gjuhën e dritës" të veçantë me të cilën molekulat tregojnë për veten e tyre. Pra, zbulimi i ri bëri të mundur depërtimin më thellë në strukturën e brendshme të molekulave.
Sot, fizikanët përdorin shpërndarjen e Ramanit për të studiuar strukturën e lëngjeve, kristaleve dhe substancave qelqi. Kimistët përdorin këtë metodë për të përcaktuar strukturën e përbërjeve të ndryshme.
Metodat për studimin e substancave duke përdorur fenomenin e shpërndarjes Raman të dritës u zhvilluan nga stafi i laboratorit Instituti Fizik me emrin P.N. Akademia e Shkencave Lebedev e BRSS, e cila drejtohej nga Akademiku Landsberg.
Këto metoda bëjnë të mundur prodhimin e shpejtë dhe të saktë sasior dhe analizat cilësore benzinat e aviacionit, produktet e plasaritjes, produktet e naftës dhe shumë lëngje të tjera organike komplekse. Për ta bërë këtë, mjafton të ndriçoni substancën në studim dhe të përdorni një spektrograf për të përcaktuar përbërjen e dritës së shpërndarë prej saj. Duket shumë e thjeshtë. Por përpara se kjo metodë të rezultonte vërtet e përshtatshme dhe e shpejtë, shkencëtarët duhej të punonin shumë për të krijuar pajisje të sakta dhe të ndjeshme. Dhe ja pse.
Nga sasia totale e energjisë së dritës që hyn në substancën në studim, vetëm një pjesë e parëndësishme - afërsisht një e dhjetë miliarda - përbën pjesën e dritës së shpërndarë. Dhe shpërndarja e Ramanit rrallëherë përbën edhe dy ose tre përqind të kësaj vlere. Me sa duket, kjo është arsyeja pse vetë shpërndarja e Ramanit mbeti pa u vënë re për një kohë të gjatë. Nuk është për t'u habitur që marrja e fotografive të para të Ramanit kërkonte ekspozime që zgjasin dhjetëra orë.
Pajisjet moderne të krijuara në vendin tonë bëjnë të mundur marrjen Spektri Raman substanca të pastra brenda pak minutash e ndonjëherë edhe sekondash! Edhe për analizën e përzierjeve komplekse, në të cilat substanca individuale janë të pranishme në sasi prej disa përqind, zakonisht mjafton një kohë ekspozimi jo më shumë se një orë.
Kanë kaluar tridhjetë e shtatë vjet që kur gjuha e molekulave të regjistruara në pllaka fotografike u zbulua, u deshifrua dhe u kuptua nga Mandelstam dhe Landsberg, Raman dhe Krishnan. Që atëherë, në mbarë botën ka vazhduar një punë e vështirë për të hartuar një "fjalor" të gjuhës së molekulave, të cilin optikët e quajnë një katalog i frekuencave Raman. Kur të përpilohet një katalog i tillë, deshifrimi i spektrogrameve do të lehtësohet shumë dhe shpërndarja e Ramanit do të bëhet edhe më e plotë në shërbim të shkencës dhe industrisë.
Pse qielli është blu? Pse dielli është i verdhë? Këto pyetje, kaq të natyrshme, i kanë dalë njeriut që në lashtësi. Megjithatë, për të marrë një shpjegim të saktë të këtyre fenomeneve, u deshën përpjekjet e shkencëtarëve të shquar të mesjetës dhe të kohëve të mëvonshme, deri në fundi i XIX V.
Cilat hipoteza ekzistonin? Në cilat hipoteza nuk janë paraqitur kohë të ndryshme për të shpjeguar ngjyrën e qiellit. Hipoteza e parë Duke vëzhguar se si tymi në sfondin e një oxhaku të errët merr një ngjyrë kaltërosh, Leonardo da Vinci shkroi: ... drita mbi errësirën bëhet blu, aq më e bukur drita dhe errësira janë të shkëlqyera." Goethe iu përmbajt afërsisht të njëjtës pikë të pikëpamje, i cili nuk ishte vetëm në mbarë botën poet i njohur, por edhe natyrologu më i madh i kohës së tij. Sidoqoftë, ky shpjegim i ngjyrës së qiellit doli të ishte i paqëndrueshëm, pasi, siç u bë e qartë më vonë, përzierja e zezë dhe e bardhë mund të prodhojë vetëm tone gri, jo me ngjyra. Blu tymi nga një oxhak shkaktohet nga një proces krejtësisht i ndryshëm.
Cilat hipoteza ekzistonin? Hipoteza 2 Pas zbulimit të ndërhyrjes, veçanërisht në filmat e hollë, Njutoni u përpoq të aplikonte ndërhyrje për të shpjeguar ngjyrën e qiellit. Për ta bërë këtë, ai duhej të supozonte se pikat e ujit kishin formën e flluskave me mure të hollë, si flluskat e sapunit. Por duke qenë se pikat e ujit të përmbajtura në atmosferë janë në të vërtetë sfera, kjo hipotezë shpejt shpërtheu, si një flluskë sapuni.
Cilat hipoteza ekzistonin? 3 hipoteza Shkencëtarët e shekullit të 18-të. Marriott, Bouguer, Euler menduan se ngjyra blu e qiellit shpjegohet nga ngjyra e tij komponentët ajri. Ky shpjegim madje mori njëfarë konfirmimi më vonë, tashmë në shekullin e 19-të, kur u vërtetua se oksigjeni i lëngshëm është blu dhe ozoni i lëngshëm është blu. Më afër shpjegim i saktë O. B. Saussure iu afrua ngjyrës së qiellit. Ai besonte se nëse ajri do të ishte absolutisht i pastër, qielli do të ishte i zi, por ajri përmban papastërti që pasqyrojnë kryesisht ngjyrën blu (në veçanti, avujt e ujit dhe pikat e ujit).
Rezultatet e studimit: I pari që krijoi një teori matematikore harmonike dhe rigoroze të shpërndarjes së dritës molekulare në atmosferë ishte shkencëtari anglez Rayleigh. Ai besonte se shpërndarja e dritës nuk ndodh në papastërtitë, siç mendonin paraardhësit e tij, por në vetë molekulat e ajrit. Për të shpjeguar ngjyrën e qiellit, ne paraqesim vetëm një nga përfundimet e teorisë së Rayleigh:
Rezultatet e studimit: ngjyra e përzierjes së rrezeve të shpërndara do të jetë blu Shkëlqimi ose intensiteti i dritës së shpërndarë ndryshon në përpjesëtim të zhdrejtë me fuqinë e katërt të gjatësisë së valës së dritës që bie në grimcën shpërhapëse. Kështu, shpërndarja molekulare është jashtëzakonisht e ndjeshme ndaj ndryshimit më të vogël në gjatësinë e valës së dritës. Për shembull, gjatësia e valës së rrezeve vjollcë (0.4 μm) është afërsisht gjysma e gjatësisë valore të rrezeve të kuqe (0.8 μm). Prandaj, rrezet vjollce do të shpërndahen 16 herë më fort se ato të kuqe, dhe me intensitet të barabartë të rrezeve rënëse do të ketë 16 herë më shumë prej tyre në dritën e shpërndarë. Të gjitha rrezet e tjera me ngjyra të spektrit të dukshëm (blu, cian, jeshile, e verdhë, portokalli) do të përfshihen në dritën e shpërndarë në sasi në përpjesëtim të zhdrejtë me fuqinë e katërt të gjatësisë valore të secilës prej tyre. Nëse tani të gjitha rrezet e shpërndara me ngjyra janë të përziera në këtë raport, atëherë ngjyra e përzierjes së rrezeve të shpërndara do të jetë blu.
Literatura: S.V. Zvereva.Në botë rrezet e diellit.L., Gidrometeoizdat, 1988
HIPOTEZA: Plani i punës: Studioni se çfarë është drita; Hulumtoni ndryshimin e ngjyrës së një mediumi transparent në varësi të këndit të rënies së rrezeve të dritës; Jepni shpjegim shkencor Fenomeni i vëzhguar Ndryshimet në ngjyrën e qiellit shoqërohen me këndin e rrezeve të dritës që hyjnë në atmosferën e Tokës.
Pjesa teorike Të gjithë e kanë parë sesi skajet e kristalit dhe pikat e vogla të vesës shkëlqejnë me të gjitha ngjyrat e ylberit. Çfarë po ndodh? Në fund të fundit, rrezet e dritës së bardhë të diellit bien mbi trupa transparentë, pa ngjyrë. Këto dukuri janë të njohura për njerëzit për një kohë të gjatë. Për një kohë të gjatë besohej se dritë e bardhë më të thjeshtat, dhe ngjyrat e krijuara janë veti të veçanta disa trupa
1865 James Maxwell. Krijoi teorinë e valëve elektromagnetike. Drita është një valë elektromagnetike. Heinrich Hertz zbuloi një metodë për krijimin dhe shpërndarjen e valëve elektromagnetike.
Drita është valët elektromagnetike, që përfaqëson një grup valësh me gjatësi të ndryshme. Me vizionin tonë, ne perceptojmë një interval të vogël gjatësi vale si dritë. Së bashku këto valë na japin dritë të bardhë. Dhe nëse zgjedhim një pjesë të valëve nga ky interval, atëherë ato i perceptojmë si dritë që ka një lloj ngjyre. Gjithsej janë shtatë ngjyra kryesore.
Procedura e eksperimentit: Mbushni enën (akuariumin) me ujë; Shtoni pak qumësht në ujë (këto janë grimca pluhuri) Drejtoni dritën nga elektrik dore sipër ujit; Kjo është ngjyra e qiellit në mesditë. Ndryshojmë këndin e rënies së dritës në ujë nga 0 në 90. Vëzhgoni ndryshimin e ngjyrës.
Përfundim: Ndryshimi i ngjyrës së qiellit varet nga këndi në të cilin rrezet e dritës hyjnë në atmosferën e Tokës. Ngjyra e qiellit ndryshon gjatë ditës nga blu në të kuqe. Dhe kur drita nuk hyn në atmosferë, atëherë ky vend Nata bie në tokë. Natën, kur moti është i favorshëm, drita na arrin nga yjet e largët dhe hëna shkëlqen me dritën e reflektuar.
Por sa ekzistojnë ngjyra të ndryshme, çfarë i bën gjërat rreth nesh me ngjyra? Dhe njohuritë shkencore tashmë mund t'i përgjigjen shumë pyetjeve të tilla. Për shembull, shpjegoni ngjyra e qiellit.
Për të filluar, do të na duhet të përmendim të madhin Isak Njuton, i cili vëzhgoi dekompozimin e diellit të bardhë teksa kalonte. prizëm qelqi. Ajo që ai pa tani quhet fenomen variancat, dhe vetë fotografia me shumë ngjyra - spektrit. Ngjyrat që rezultuan përputheshin saktësisht me ngjyrat e ylberit. Kjo do të thotë, Njutoni vëzhgoi një ylber në laborator! Ishte falë eksperimenteve të tij në fund të shekullit të 18-të që u vërtetua se drita e bardhë është një përzierje ngjyra të ndryshme. Për më tepër, i njëjti Njuton vërtetoi se nëse drita e zbërthyer në një spektër përzihet përsëri, atëherë do të merret drita e bardhë. Në shekullin e 19-të, u tregua se drita është valë elektromagnetike që përhapet me një shpejtësi të jashtëzakonshme prej 300,000 km/s. Dhe tashmë në fillim të shekullit të kaluar kjo njohuri u plotësua nga ideja e një sasie drite - foton. Kështu, drita ka një natyrë të dyfishtë - si valët ashtu edhe grimcat. Ky bashkim u bë shpjegim për shumë fenomene, në veçanti, spektrin e rrezatimit termik të trupave të nxehtë. I tillë siç është i yni.
Pas kësaj hyrjeje, është koha për të kaluar në temën tonë. Ngjyra blu e qiellit... Kush nuk e ka admiruar të paktën nja dy herë në jetë! Por a është kaq e thjeshtë të thuash se fajin e ka shpërndarja e dritës në atmosferë? Pse atëherë ngjyra e qiellit nuk është blu në dritë? hënë e plotë? Pse ngjyra blu nuk është e njëjtë në të gjitha pjesët e qiellit? Çfarë ndodh me ngjyrën e qiellit kur dielli lind dhe perëndon? Në fund të fundit, mund të jetë e verdhë, rozë dhe madje edhe jeshile. Por këto janë ende tipare të shpërndarjes. Prandaj, le ta shohim më në detaje.
Shpjegimi i ngjyrës së qiellit dhe veçorive të tij i përket fizikantit anglez John William Rayleigh, i cili studioi shpërndarjen e dritës. Ishte ai që vuri në dukje se ngjyra e qiellit përcaktohet nga varësia e shpërndarjes nga frekuenca e dritës. Rrezatimi nga Dielli, duke hyrë në ajër, ndërvepron me molekulat e gazeve që përbëjnë ajrin. Dhe meqenëse energjia e një kuantike të dritës - foton rritet me zvogëlimin e gjatësisë valore të dritës, efekti më i fuqishëm në molekulat e gazit, ose më saktë në elektronet në këto molekula, ushtrohet nga fotonet e pjesës blu dhe vjollcë. spektri i dritës. Duke mbërritur në lëkundjet e detyruara, elektronet e kthejnë energjinë e marrë nga vala e dritës në formën e fotoneve të rrezatimit. Vetëm këto fotone dytësore emetohen tashmë në të gjitha drejtimet, jo vetëm në drejtimin e dritës fillimisht të rënë. Ky do të jetë procesi i shpërndarjes së dritës. Përveç kësaj, është e nevojshme të merret parasysh lëvizje të vazhdueshme ajri dhe luhatjet në densitetin e tij. Përndryshe do të kishim parë një qiell të zi.
Tani le të kthehemi tek rrezatimi termik tel. Energjia në spektrin e saj shpërndahet në mënyrë të pabarabartë dhe përshkruhet në bazë të ligjeve të vendosura nga fizikani gjerman Wilhelm Wien. Spektri i Diellit tonë do të jetë po aq i pabarabartë në energjitë e fotoneve. Kjo do të thotë, do të ketë shumë më pak fotone nga pjesa vjollce sesa fotone nga pjesa blu, dhe aq më tepër nga pjesa blu. Nëse marrim parasysh edhe fiziologjinë e shikimit, përkatësisht ndjeshmërinë maksimale të syrit tonë ndaj ngjyrës blu-jeshile, atëherë përfundojmë me një qiell blu ose blu të errët.
Ju lutemi vini re se sa më e gjatë të jetë rruga rreze dielli në atmosferë, më pak fotone të pandërvepruar nga rajonet blu dhe blu të spektrit mbeten në të. Prandaj, ngjyra e qiellit është e pabarabartë, dhe ngjyrat e mëngjesit ose të mbrëmjes janë të verdhë-kuqe për shkak të rrugë e gjatë dritë nëpër atmosferë. Përveç kësaj, pluhuri, tymi dhe grimcat e tjera që gjenden në ajër gjithashtu ndikojnë shumë në shpërndarjen e dritës në atmosferë. Mund të kujtohen pikturat e famshme londineze mbi këtë temë. Ose kujtimet e fatkeqësisë së vitit 1883 që ndodhi gjatë shpërthimit të vullkanit Krakatoa. Hiri nga shpërthimi që hyri në atmosferë shkaktoi ngjyrën kaltërosh të Diellit në shumë vende të rajonit të Paqësorit, si dhe agimet e kuqe të vërejtura në të gjithë Tokën. Por këto efekte janë shpjeguar tashmë nga një teori tjetër - teoria e shpërndarjes nga grimcat në përpjesëtim me gjatësinë e valës së dritës. Kjo teori iu propozua botës nga fizikani gjerman Gustav Mie. Ideja kryesore saj - grimca të tilla për shkak të të afërmit të tyre madhësive të mëdha Drita e kuqe shpërndahet më fort se bluja ose vjollca.
Kështu, ngjyra e qiellit nuk është vetëm një burim frymëzimi për poetët dhe artistët, por një pasojë e ligjeve delikate fizike që gjeniu njerëzor ishte në gjendje të zbulonte.
