Konumun konuyla alakası, dinleyiciler için ilginç ve faydalı olacağı gerçeğinde yatıyor çünkü birçok kişi konuya net bir şekilde bakıyor. Mavi gökyüzü, ona hayran olun ve çok az kişi neden bu kadar mavi olduğunu, ona bu kadar renk veren şeyin ne olduğunu biliyor.

İndirmek:

Ön izleme:

1. Giriiş. İle. 3
2. Ana bölüm. İle. 4-6

1. Sınıf arkadaşlarımın tahminleri

1. Eski bilim adamlarının varsayımları
2. Modern bakış açısı
3. Gökyüzünün farklı renkleri
4. Çözüm.

1. Çözüm. İle. 7
2. Edebiyat. İle. 8

1. Giriş.

Havanın açık, güneşli, gökyüzünün tek bir bulutsuz olması ve gökyüzünün renginin mavi olması hoşuma gidiyor. “Merak ediyorum,” diye düşündüm, “gökyüzü neden mavi?”

Araştırma konusu:Gökyüzü neden mavi?

Bu çalışmanın amacı:Gökyüzünün neden mavi olduğunu biliyor musun?

Araştırma hedefleri:

Eski bilim adamlarının varsayımlarını öğrenin.

Modern olanı keşfedin bilimsel nokta görüş.

Gökyüzünün rengine dikkat edin.

Çalışmanın amacı- popüler bilim literatürü.

Çalışma konusu- gökyüzünün mavi rengi.

Araştırma hipotezi:

Diyelim ki bulutlar su buharı ve sudan oluşuyor Mavi renk;

Veya güneşin gökyüzünü bu renge boyayan ışınları vardır.

Çalışma planı:

1. Ansiklopedileri görüntüleyin;
2. İnternette bilgi bulun;
3. Çevrenizdeki dünya hakkında incelediğiniz konuları hatırlayın;
4. Annene sor;
5. Sınıf arkadaşlarınızın görüşlerini öğrenin.

Konumun alaka düzeyi dinleyiciler için ilginç ve faydalı olacağı gerçeğinde yatıyor çünkü birçok insan berrak mavi gökyüzüne bakıp ona hayran kalıyor ve çok az kişi onun neden bu kadar mavi olduğunu, ona bu kadar rengi veren şeyin ne olduğunu biliyor.

2. Ana bölüm.

Sınıf arkadaşlarımın tahminleri.

Sınıf arkadaşlarımın şu soruya ne cevap vereceğini merak ediyordum: Gökyüzü neden mavi? Belki birisinin görüşü benimkiyle örtüşür veya belki tamamen farklı olacaktır.

Okulumuzun 3.sınıflarında öğrenim gören 24 öğrenciye anket uygulandı. Yanıtların analizi şunları gösterdi:

8 öğrenci, yeryüzünden buharlaşan su nedeniyle gökyüzünün mavi olduğunu;

4 öğrenci mavi rengin sakinleştirici olduğunu;

4 öğrenci gökyüzünün renginin atmosfer ve güneşten etkilendiğini düşünüyor;

3 öğrenci uzayın karanlık, atmosferin ise beyaz olduğunu, bunun sonucunda da mavi rengin oluştuğunu düşünmektedir.

2 öğrenci güneş ışınının atmosferde kırılarak mavi rengin oluştuğuna inanmaktadır.

2 öğrenci hava soğuk olduğu için gökyüzünün mavi rengini önerdi.

1 öğrenci - doğa böyle işler.

İlginçtir ki hipotezlerimden biri, erkeklerin en yaygın görüşüyle ​​örtüşüyor - bulutlar su buharından oluşuyor ve su mavidir.

Eski bilim adamlarının varsayımları.

Sorumun cevabını literatürde aramaya başladığımda birçok bilim insanının cevap bulmak için kafa yorduğunu öğrendim. Pek çok hipotez ve varsayım üretildi.

Örneğin, Antik Yunan, soruya - gökyüzü neden mavi? - Hiç tereddüt etmeden hemen cevap verirdim: “Gökyüzü mavidir çünkü en saf kaya kristalinden yapılmıştır!” Gökyüzü, inanılmaz bir doğrulukla birbirine yerleştirilmiş birkaç kristal küreden oluşuyor. Ve ortada denizleri, şehirleri, tapınakları olan Dünya var. dağ zirveleri, orman yolları, tavernalar ve kaleler.

Bu eski Yunanlıların teorisiydi ama neden böyle düşündüler? Gökyüzüne dokunulamıyor, yalnızca bakılabiliyordu. İzleyin ve düşünün. Ve çeşitli tahminler yapın. Bizim zamanımızda bu tür tahminlere “ bilimsel teori“ama eski Yunanlılar döneminde bunlara tahmin deniyordu. Ve böylece, uzun gözlemlerden ve daha da uzun düşünmelerden sonra, eski Yunanlılar bunun basit ve basit bir yöntem olduğuna karar verdiler. güzel açıklama gökyüzünün mavi rengi kadar tuhaf bir olgu.

Neden böyle düşündüklerini kontrol etmeye karar verdim. Sıradan bir cam parçası koyarsak şeffaf olduğunu görürüz. Ancak bu tür bardaklardan oluşan bir yığını üst üste koyarsanız ve içlerinden bakmaya çalışırsanız, mavimsi bir renk tonu göreceksiniz.

Gökyüzünün rengine ilişkin bu basit açıklama bir buçuk bin yıl sürdü.

Leonardo da Vinci gökyüzünün bu renge boyanmasının sebebinin “...karanlık üzerindeki ışığın maviye dönüşmesi…” olduğunu ileri sürmüştür.

Diğer bazı bilim adamları da aynı görüşe sahipti, ancak yine de daha sonra bu hipotezin temelde yanlış olduğu ortaya çıktı, çünkü siyahı beyazla karıştırırsanız mavi elde etmeniz pek mümkün değildir, çünkü bu renklerin kombinasyonu yalnızca gri ve tonlarını verir.

Biraz sonra 18. yüzyılda gökyüzünün renginin havadaki bileşenler tarafından verildiğine inanılıyordu. Bu teoriye göre havanın birçok yabancı madde içerdiğine inanılıyordu. temiz hava siyah olurdu. Bu teoriden sonra daha birçok varsayım ve varsayım ortaya çıktı, ancak bunların hiçbiri kendini haklı çıkaramadı.

Modern bakış açısı.

Modern bilim adamlarının görüşüne döndüm. Modern bilim adamları bu sorunun cevabını buldular ve gökyüzünün neden mavi olduğunu kanıtladılar.

Gökyüzü sadece havadır, her saniye soluduğumuz, şeffaf ve ağırlıksız olduğu için görülemeyen ve dokunulamayan sıradan havadır. Ama şeffaf havayı soluyoruz, neden başımızın üstü bu kadar mavi bir renk oluyor?

Bütün sırrın bizim atmosferimizde olduğu ortaya çıktı.

Güneş ışınlarının yere çarpmadan önce büyük bir hava tabakasından geçmesi gerekir.

Güneş ışını beyazdır. A Beyaz renk- Bu renkli ışınların bir karışımıdır. Gökkuşağının renklerini hatırlamayı kolaylaştıran küçük kafiye gibi:

1. her biri (kırmızı)
2. avcı (turuncu)
3. dilekler (sarı)
4. biliyorum (yeşil)
5. nerede (mavi)
6. oturan (mavi)
7. sülün (mor)

Hava parçacıklarıyla çarpışan bir güneş ışını yedi renkli ışınlara ayrılır.

Kırmızı ve turuncu ışınlar en uzun olanlardır ve güneşten doğrudan gözümüze geçerler. Ve mavi ışınlar en kısa olanlardır, hava parçacıklarını her yöne yansıtırlar ve yere diğerlerinden daha az ulaşırlar. Böylece gökyüzü mavi ışınlarla kaplanır.

Gökyüzünün farklı renkleri.

Gökyüzü her zaman mavi değildir. Mesela geceleri güneşin ışın göndermediği zamanlarda gökyüzünü mavi değil, atmosfer şeffaf görünür. Ve şeffaf hava sayesinde kişi gezegenleri ve yıldızları görebilir. Ve gün boyunca mavi renk yine kozmik bedenleri gözlerimizden gizler.

Gökyüzünün rengi kırmızıdır - gün batımında, bulutlu havalarda, beyaz veya gri.

Sonuçlar.

Araştırmamı yaptıktan sonra yapabilirim aşağıdaki sonuçlar:

1. Bütün sır atmosferimizdeki gökyüzünün renginde- Dünya gezegeninin hava kabuğunda.
2. Atmosferden geçen güneş ışını yedi renkli ışınlara ayrılır.
3. Kırmızı ve turuncu ışınlar en uzun, mavi ışınlar ise en kısadır..
4. Mavi ışınlar Dünya'ya diğerlerinden daha az ulaşır ve bu ışınlar sayesinde gökyüzü maviye bürünür.
5. Gökyüzü her zaman mavi değildir.

Önemli olan artık gökyüzünün neden mavi olduğunu biliyorum. İkinci hipotezim kısmen doğrulandı; Güneş'in gökyüzünü bu renge boyayan ışınları var. İki sınıf arkadaşımın tahminlerinin doğru cevaba en yakın olduğu ortaya çıktı.

Basit açıklama

Cennet nedir?

Gökyüzü sonsuzluktur. Herhangi bir ulus için gökyüzü saflığın simgesidir, çünkü Tanrı'nın kendisinin orada yaşadığına inanılır. İnsanlar gökyüzüne dönerek yağmur isterler ya da tam tersi güneş isterler. Yani gökyüzü sadece hava değil, saflığın ve masumiyetin simgesidir.

Gökyüzü -şeffaf ve ağırlıksız olduğu için görülemeyen ve dokunulamayan sadece havadır, her saniye soluduğumuz sıradan hava. Ama şeffaf havayı soluyoruz, neden başımızın üstü bu kadar mavi bir renk oluyor? Havada çeşitli elementler bulunur; nitrojen, oksijen, karbon dioksit, su buharı, sürekli hareket halinde olan çeşitli toz parçacıkları.

Fizik açısından bakıldığında

Pratikte, fizikçilerin söylediği gibi gökyüzü, güneş ışınlarının renklendirdiği havadan ibarettir. Basitçe söylemek gerekirse, Güneş Dünya'nın üzerinde parlıyor, ancak Güneş ışınları Bunu yapmak için, kelimenin tam anlamıyla Dünya'yı saran devasa bir hava katmanından geçmeleri gerekiyor. Ve tıpkı bir güneş ışığının birçok rengi, daha doğrusu gökkuşağının yedi rengi olması gibi. Bilmeyenler için gökkuşağının yedi renginin kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi, mor olduğunu hatırlatmakta fayda var.

Üstelik her ışın tüm bu renklere sahiptir ve bu hava katmanından geçerken gökkuşağının çeşitli renklerini her yöne püskürtür, ancak mavi rengin en kuvvetli saçılımı gökyüzünün mavi bir renk alması nedeniyle meydana gelir. Kısaca anlatmak gerekirse mavi gökyüzü, bu renkteki bir ışının ürettiği sıçramalardır.

Ve ayda

Ay'da atmosfer yoktur ve bu nedenle gökyüzü mavi değil siyahtır. Yörüngeye giren astronotlar, üzerinde gezegenlerin ve yıldızların parıldadığı siyah, siyah bir gökyüzü görüyor. Elbette Ay'daki gökyüzü çok güzel görünüyor ama yine de başınızın üzerinde sürekli siyah bir gökyüzü görmek istemezsiniz.

Gökyüzünün rengi değişiyor

Gökyüzü her zaman mavi değildir; renk değiştirme eğilimindedir. Bazen beyazımsı, bazen mavi-siyah olduğunu herkes fark etmiştir muhtemelen... Neden? Mesela geceleri güneşin ışınlarını göndermediği zamanlarda gökyüzünü mavi değil, atmosfer bize şeffaf görünür. Ve şeffaf hava sayesinde kişi gezegenleri ve yıldızları görebilir. Ve gün boyunca mavi renk, gizemli alanı meraklı gözlerden yine güvenilir bir şekilde gizleyecektir.

Çeşitli hipotezler Gökyüzü neden mavidir? (Goethe'nin, Newton'un, 18. yüzyıl bilim adamlarının, Rayleigh'in hipotezleri)

Hangi hipotezler öne sürülmedi? farklı zaman gökyüzünün rengini açıklamak için. Karanlık bir şöminenin arka planında dumanın nasıl mavimsi bir renk kazandığını gözlemleyen Leonardo da Vinci şöyle yazdı: "... karanlığın üzerindeki ışık maviye döner, ne kadar güzel olursa, ışık ve karanlık da o kadar mükemmel olur." aynı bakış açısı Goethe sadece dünyaca ünlü bir şair değil, aynı zamanda zamanının en büyük doğa bilimcisidir. Ancak gökyüzünün rengine ilişkin bu açıklamanın savunulamaz olduğu ortaya çıktı, çünkü daha sonra açıkça görüldüğü gibi, siyah ve beyazın karıştırılması renkli tonlar değil, yalnızca gri tonlar üretebilir. Şömineden çıkan dumanın mavi rengi tamamen farklı bir süreçten kaynaklanmaktadır.

Özellikle ince filmlerde girişimin keşfedilmesinin ardından, Newton gökyüzünün rengini açıklamak için girişim uygulamaya çalıştı. Bunu yapabilmek için su damlacıklarının sabun köpüğü gibi ince duvarlı kabarcıklar şeklinde olduğunu varsayması gerekiyordu. Ancak atmosferdeki su damlacıkları aslında küre şeklinde olduğundan, bu hipotez çok geçmeden bir sabun köpüğü gibi "patladı".

18. yüzyılın bilim adamları Marriott, Bouguer, Euler gökyüzünün mavi renginin kendi rengiyle açıklandığını düşünüyordu bileşenler hava. Bu açıklama daha sonra, 19. yüzyılda, sıvı oksijenin mavi ve sıvı ozonun mavi olduğu tespit edildiğinde bir miktar onay bile aldı. En yakın doğru açıklama gökyüzünün rengi O.B'ye yaklaştı. Saussure'ün. Hava tamamen saf olsaydı gökyüzünün siyah olacağına, ancak havanın ağırlıklı olarak mavi rengi yansıtan yabancı maddeler (özellikle su buharı ve su damlacıkları) içerdiğine inanıyordu. 19. yüzyılın ikinci yarısında. Işığın sıvı ve gazlarda saçılması konusunda zengin deneysel materyal birikmiş; özellikle gökyüzünden gelen dağınık ışığın özelliklerinden biri olan polarizasyonu keşfedilmiştir. Arago onu keşfeden ve araştıran ilk kişiydi. Bu 1809 yılındaydı. Daha sonra Babinet, Brewster ve diğer bilim adamları gökkubbenin kutuplaşmasını incelediler. Gökyüzünün rengi sorunu bilim adamlarının ilgisini o kadar çekmişti ki, ışığın sıvı ve gazlarda saçılması üzerine yapılan ve çok daha geniş bir öneme sahip olan deneyler, “gökyüzünün laboratuvarda çoğaltılması” bakış açısıyla yürütülüyordu. gökyüzünün mavi rengi.” Eserlerin başlıkları da bunu gösteriyor: “Gökyüzünün mavi renginin modellenmesi” Brücke veya Tyndall’ın “Gökyüzünün Mavi Renginde, Işığın Genel Olarak Bulutlu Madde Tarafından Polarizasyonu”. bu deneyler bilim adamlarının düşüncelerine yön verdi. doğru yol- Gökyüzünün mavi renginin nedenini güneş ışığının atmosfere saçılmasında arayın.

Uyumlu, titiz bir matematik teorisi yaratan ilk kişi moleküler saçılma Atmosferdeki ışığın öncüsü İngiliz bilim adamı Rayleigh'di. Işık saçılımının seleflerinin düşündüğü gibi safsızlıklar üzerinde değil, hava moleküllerinin kendisinde meydana geldiğine inanıyordu. Rayleigh'in ışık saçılımı üzerine ilk çalışması 1871'de yayımlandı. Son haliyle, onun saçılma teorisi şu temellere dayanıyordu: elektromanyetik doğa O dönemde ortaya çıkan ışık, 1899 yılında yayınlanan “Gökyüzünden Gelen Işık, Polarizasyonu ve Rengi Üzerine” adlı çalışmada ortaya konmuştur. Işık saçılımı alanındaki çalışmalar için Rayleigh (onun Ad Soyad John William Strett, Lord Rayleigh III), oğlu Lord Rayleigh IV'ün aksine sıklıkla Dağılımcı Rayleigh olarak anılır. Rayleigh IV, atmosfer fiziğinin gelişimine yaptığı büyük katkılardan dolayı Atmosfer Rayleigh olarak anılır. Gökyüzünün rengini açıklamak için Rayleigh teorisinin sonuçlarından yalnızca birini sunacağız; çeşitli optik olayları açıklarken diğerlerine birkaç kez atıfta bulunacağız. Bu sonuç, saçılan ışığın parlaklığının veya yoğunluğunun, saçılan parçacık üzerine gelen ışığın dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı olarak değiştiğini belirtir. Bu nedenle moleküler saçılma, ışığın dalga boyundaki en ufak değişikliğe karşı son derece duyarlıdır. Örneğin, mor ışınların dalga boyu (0,4 μm), kırmızı ışınların (0,8 μm) dalga boyunun yaklaşık yarısı kadardır. Bu nedenle, mor ışınlar kırmızı olanlardan 16 kat daha güçlü bir şekilde saçılacak ve eşit yoğunlukta gelen ışınlar, dağınık ışıkta 16 kat daha fazla olacaktır. Görünür spektrumun diğer tüm renkli ışınları (mavi, camgöbeği, yeşil, sarı, turuncu), her birinin dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılı miktarlarda dağınık ışığa dahil edilecektir. Şimdi tüm renkli saçılan ışınlar bu oranda karıştırılırsa, saçılan ışınların karışımının rengi mavi olacaktır.

Doğrudan güneş ışığı (yani doğrudan güneş diskinden yayılan ışık), saçılma nedeniyle esas olarak mavi ve mor ışınları kaybederek, Güneş ufka doğru alçaldıkça yoğunlaşan zayıf sarımsı bir renk alır. Artık ışınların atmosferde giderek daha uzun bir mesafe kat etmesi gerekiyor. Uzun bir yol boyunca, kısa dalganın (mor, mavi, camgöbeği) kaybı giderek daha belirgin hale gelir ve doğrudan ışıkÇoğunlukla uzun dalga ışınları (kırmızı, turuncu, sarı) Dünya yüzeyine ulaşır. Bu nedenle Güneş ve Ay'ın rengi önce sarı, sonra turuncu ve kırmızı olur. Güneş'in kırmızı rengi ve gökyüzünün mavi rengi aynı saçılma sürecinin iki sonucudur. Doğrudan ışıkta, atmosferden geçtikten sonra ağırlıklı olarak uzun dalga ışınları kalır (kırmızı Güneş), dağınık ışık ise kısa dalga ışınlarını içerir (mavi gökyüzü). Böylece Rayleigh'in teorisi, mavi gökyüzünün ve kızıl Güneş'in gizemini çok açık ve ikna edici bir şekilde açıkladı.

gökyüzü termal moleküler saçılma

Rüzgar güzel mavi gökyüzüne beyaz tüylü şeffaf bir pelerin fırlattığında, insanlar giderek daha sık yukarı bakmaya başlar. Aynı zamanda gümüş yağmur iplikleriyle büyük gri bir kürk manto da giyerse, etrafındakiler şemsiyelerin altında ondan saklanır. Kıyafet koyu mor ise, herkes evde oturuyor ve güneşli mavi gökyüzünü görmek istiyor.

Ve ancak uzun zamandır beklenen, güneşin altın ışınlarıyla süslenmiş göz kamaştırıcı mavi bir elbise giyen güneşli mavi gökyüzü göründüğünde, insanlar sevinir ve gülümseyerek, güzel hava beklentisiyle evlerinden ayrılırlar.

Gökyüzünün neden mavi olduğu sorusu çok eski zamanlardan beri insan aklını endişelendirmiştir. Yunan efsaneleri cevabını buldu. Bu rengin kendisine en saf kaya kristali tarafından verildiğini iddia ettiler.

Leonardo da Vinci ve Goethe zamanında gökyüzünün neden mavi olduğu sorusuna da cevap aradılar. Gökyüzünün mavi renginin ışığın karanlığın karışımıyla elde edildiğine inanıyorlardı. Ancak daha sonra bu teori savunulamaz olduğu gerekçesiyle reddedildi, çünkü bu renkleri birleştirerek yalnızca gri spektrumun tonlarını elde edebileceğiniz, ancak rengi elde edemeyeceğiniz ortaya çıktı.

Bir süre sonra gökyüzünün neden mavi olduğu sorusunun cevabı 18. yüzyılda Marriott, Bouguer ve Euler tarafından açıklanmaya çalışıldı. Bunun, havayı oluşturan parçacıkların doğal rengi olduğuna inanıyorlardı. Bu teori, özellikle sıvı oksijenin mavi ve sıvı ozonun mavi olduğu keşfedildiğinde, gelecek yüzyılın başında bile popülerdi.

Az çok mantıklı bir fikir ortaya atan ilk kişi Saussure'dü; eğer hava tamamen saf olsaydı, yabancı maddeler olmadan gökyüzünün siyah olacağını öne sürdü. Ancak atmosfer içerdiğinden çeşitli unsurlar(örneğin buhar veya su damlaları), daha sonra rengi yansıtarak gökyüzüne istenilen gölgeyi verirler.

Bundan sonra bilim adamları gerçeğe giderek yaklaşmaya başladı. Arago, gökyüzünden seken dağınık ışığın özelliklerinden biri olan kutuplaşmayı keşfetti. Fizik kesinlikle bu keşifte bilim adamına yardımcı oldu. Daha sonra diğer araştırmacılar bu sorunun cevabını aramaya başladı. Aynı zamanda gökyüzünün neden mavi olduğu sorusu bilim adamlarını o kadar ilgilendiriyordu ki bunu öğrenmek için çalışmalar yürütüldü. büyük miktar fikrine yol açan çeşitli deneyler Asıl sebep Mavi rengin ortaya çıkması, Güneşimizin ışınlarının atmosferde basitçe dağılmasından kaynaklanmaktadır.

Açıklama

Moleküler ışık saçılımına matematiksel temelli bir cevap üreten ilk kişi İngiliz araştırmacı Rayleigh'di. Işığın atmosferdeki yabancı maddeler nedeniyle değil, bizzat hava molekülleri nedeniyle dağıldığını varsaydı. Teorisi geliştirildi ve bilim adamlarının vardığı sonuç bu oldu.

Güneş ışınları, Dünya'nın atmosferi (kalın hava tabakası) aracılığıyla Dünya'ya ulaşır. hava zarfı gezegenler. Karanlık gökyüzü, tamamen şeffaf olmasına rağmen boş olmayan, nitrojen (%78) ve oksijen (%21) gibi gaz moleküllerinden ve ayrıca su damlacıklarından, buhardan, buz kristallerinden ve küçük parçacıklardan oluşan havayla doludur. parçalar ağır metal(örneğin toz parçacıkları, kurum, kül, okyanus tuzu vb.).

Bazı ışınlar aradan serbestçe geçmeyi başarırlar. gaz molekülleri onları tamamen atlayarak gezegenimizin yüzeyine değişmeden ulaşır, ancak ışınların çoğu heyecanlanan, enerji alan ve serbest bırakılan gaz molekülleriyle çarpışır. farklı taraflar gökyüzünü tamamen renklendiren çok renkli ışınlar, güneşli mavi bir gökyüzü görmemize neden oluyor.

Beyaz ışığın kendisi gökkuşağının tüm renklerinden oluşur ve çoğunlukla bileşen parçalarına ayrıldığında görülebilmektedir. Mavi ve mor renkleri en çok hava molekülleri dağıtır, çünkü bunlar en çok kısa bölüm spektrum çünkü en kısa dalga boyuna sahiptirler.

Mavi bir atmosferde karıştırıldığında ve Mor çiçeklerİle küçük bir miktar kırmızı, sarı ve yeşil, gökyüzü mavi renkte “parlamaya” başlar.

Gezegenimizin atmosferi homojen değil, farklı olduğundan (Dünya yüzeyine yakın, yukarıya göre daha yoğundur), farklı yapıya ve özelliklere sahip olduğundan, mavi tonları gözlemleyebiliriz. Gün batımından veya gün doğumundan önce, güneş ışınlarının uzunluğu önemli ölçüde arttığında, mavi ve mor renkler atmosfere dağılır ve kesinlikle gezegenimizin yüzeyine ulaşmaz. Bu dönemde gökyüzünde gözlemlediğimiz sarı-kırmızı dalgalar başarıyla ulaşıyor.

Geceleri güneş ışınları gezegenin belli bir noktasına ulaşamayınca oradaki atmosfer şeffaflaşıyor ve “siyah” uzayı görüyoruz. Atmosferin üstündeki astronotlar bunu tam olarak böyle görüyor. Astronotların şanslı olduğunu belirtmekte fayda var, çünkü dünya yüzeyinden 15 km'den fazla yüksekte olduklarında gün içinde Güneş'i ve yıldızları aynı anda gözlemleyebiliyorlar.

Diğer gezegenlerdeki gökyüzünün rengi

Gökyüzünün rengi büyük ölçüde atmosfere bağlı olduğundan, bu durum şaşırtıcı değildir. farklı gezegenler BT farklı renkler. Satürn'ün atmosferinin gezegenimizle aynı renkte olması ilginçtir.

Uranüs'ün gökyüzü çok güzel bir deniz mavisi rengindedir. Atmosferi esas olarak helyum ve hidrojenden oluşur. Ayrıca kırmızıyı tamamen emip yeşil ve mavi renkleri dağıtan metan da içerir. Neptün'ün gökyüzü mavidir: Bu gezegenin atmosferinde bizimki kadar helyum ve hidrojen yoktur, ancak kırmızı ışığı nötralize eden çok fazla metan vardır.

Dünya'nın uydusu Ay'ın yanı sıra Merkür ve Plüton'da da atmosfer tamamen yoktur, bu nedenle ışık ışınları yansıtılmaz, dolayısıyla buradaki gökyüzü siyahtır ve yıldızlar kolayca ayırt edilebilir. Mavi ve yeşil renkler Güneş ışınları tamamen Venüs'ün atmosferi tarafından emilir ve Güneş ufka yaklaştığında gökyüzü sarı renkte olur.

Gökyüzü neden mavi? Bu kadar basit bir soruya cevap bulmak çok zor. Pek çok bilim adamı bir cevap bulmak için beyinlerini zorladı. En iyi çözüm problem yaklaşık 100 yıl önce bir İngiliz fizikçi tarafından önerildi Lord John Rayleigh.

Güneş göz kamaştırıcı derecede saf beyaz ışık yayar. Bu, gökyüzünün renginin aynı olması gerektiği ancak hâlâ mavi olduğu anlamına gelir. Dünya atmosferindeki beyaz ışığa ne olur?

Beyaz ışık renkli ışınların karışımıdır. Prizma kullanarak gökkuşağı yapabiliriz.

Prizma beyaz ışını renkli şeritlere böler:

■Kırmızı

■Turuncu

■ Sarı

■ Yeşil

■ Mavi

■ Mavi

■ Mor

Bu ışınlar bir araya gelerek yeniden beyaz ışık oluşturur. Güneş ışığının önce renkli bileşenlere ayrıldığı varsayılabilir. Sonra bir şey olur ve Dünya yüzeyine yalnızca mavi ışınlar ulaşır.

Peki gökyüzü neden mavi?

Birkaç muhtemel açıklama var. Dünyayı çevreleyen hava bir gaz karışımıdır: nitrojen, oksijen, argon ve diğerleri. Atmosferde ayrıca su buharı ve buz kristalleri de bulunmaktadır. Toz ve diğer küçük parçacıklar havada asılı kalır. İÇİNDE üst katmanlar Atmosferde ozon tabakası bulunmaktadır. Nedeni bu olabilir mi? Bazı bilim adamları ozon ve su moleküllerinin kırmızı ışınları emip mavi ışınları ilettiğine inanıyordu. Ancak atmosferde gökyüzünü maviye boyamaya yetecek kadar ozon ve su olmadığı ortaya çıktı.

1869 yılında bir İngiliz John Tindall toz ve diğer parçacıkların ışığı saçtığını öne sürdü. Mavi ışık en az saçılır ve bu tür parçacıkların katmanlarından geçerek Dünya yüzeyine ulaşır. Laboratuvarında bir duman modeli oluşturdu ve onu parlak beyaz bir ışınla aydınlattı. Duman koyu maviye döndü. Tindall, eğer hava tamamen açıksa hiçbir şeyin ışığı dağıtmayacağına ve parlak beyaz gökyüzüne hayran kalabileceğimize karar verdi. Lord Rayleigh O da bu fikri destekledi ama bu uzun sürmedi. 1899'da açıklamasını yayınladı:

Gökyüzünü maviye boyayan toz ya da duman değil, havadır.

Gökyüzünün mavi rengiyle ilgili ana teori

Güneş ışınlarının bir kısmı gaz molekülleri ile çarpışmadan geçerek Dünya yüzeyine değişmeden ulaşır. Bir diğer, çoğu gaz molekülleri tarafından emilir. Fotonlar emildiğinde moleküller heyecanlanır, yani enerjiyle yüklenirler ve bunu foton şeklinde yayarlar. Bu ikincil fotonların farklı dalga boyları vardır ve kırmızıdan mora kadar herhangi bir renkte olabilirler. Her yöne dağılırlar: Dünyaya, Güneşe ve yanlara. Lord Rayleigh, yayılan ışının renginin ışındaki şu veya bu rengin kuantumunun baskınlığına bağlı olduğunu öne sürdü. Bir gaz molekülü güneş ışınlarının fotonlarıyla çarpıştığında, bir ikincil kırmızı kuantum için sekiz mavi kuantum bulunur.

Sonuç nedir? Atmosferdeki milyarlarca gaz molekülünden, kelimenin tam anlamıyla her yönden üzerimize yoğun mavi ışık yağıyor. Bu ışıkta başka renklerin fotonları da vardır, dolayısıyla tamamen mavi değildir.

Peki gün batımı neden kırmızıdır?

Ancak gökyüzü her zaman mavi değildir. Doğal olarak şu soru ortaya çıkıyor: Eğer bütün gün mavi gökyüzü görüyorsak, gün batımı neden kırmızıdır? Kırmızı renk gaz molekülleri tarafından en az saçılan renktir. Gün batımı sırasında Güneş ufka yaklaşır ve güneş ışınları, gündüz olduğu gibi dikey olarak değil, açılı olarak Dünya yüzeyine doğru yönlendirilir.

Bu nedenle atmosferde izlediği yol oldukça fazladır. Üstelik Güneşin yüksekte olduğu gündüz saatlerinde gerçekleştiğini. Bu nedenle mavi-mavi spektrum, atmosferin kalın bir tabakası tarafından emilir ve Dünya'ya ulaşmaz. Ve daha uzun olanlar ışık dalgaları Kırmızı-sarı spektrumun bir kısmı Dünya yüzeyine ulaşarak gökyüzünü ve bulutları gün batımının karakteristik kırmızı ve sarı renklerine boyar.

Bilimsel açıklama

Yukarıda cevabı nispeten basit bir dille verdik. Aşağıda gerekçeyi kullanarak alıntı yapıyoruz: bilimsel terimler ve formüller.

Wiki'den alıntı:

Gökyüzünün mavi görünmesinin nedeni, havanın kısa dalga boylu ışığı uzun dalga boylu ışıktan daha fazla dağıtmasıdır. Işığın dalga boylarına orantılı hacimlerde hava gazı moleküllerinin sayısındaki dalgalanmaların neden olduğu Rayleigh saçılımının yoğunluğu 1/λ4 ile orantılıdır, λ dalga boyudur, yani görünür spektrumun mor kısmı yaklaşık olarak dağılmıştır. Kırmızıdan 16 kat daha yoğun. Mavi ışık daha kısa bir dalga boyuna sahip olduğundan, görünür spektrumun sonunda atmosfere kırmızı ışığa göre daha fazla dağılır. Bu nedenle, gökyüzünün Güneş yönü dışındaki alanı mavi bir renge sahiptir (ancak menekşe rengi değildir, çünkü güneş spektrumu düzensizdir ve içindeki menekşe renginin yoğunluğu daha azdır ve ayrıca hassasiyetin düşük olması nedeniyle) gözün Mor renk ve daha da fazlası, yalnızca retinadaki maviye duyarlı konileri değil, aynı zamanda kırmızı ve yeşil ışınlara duyarlı olanları da tahriş eden maviye.

Gün batımı ve şafak vaktinde ışık yüzeye teğet olarak geçer. yeryüzü Böylece ışığın atmosferde kat ettiği yol, gündüze göre çok daha uzun olur. Bu nedenle çoğu mavi ve hatta yeşil ışık doğrudan güneş ışığından dağılır, bu nedenle güneşin doğrudan ışığı, onun aydınlattığı bulutlar ve gökyüzü ve ufka yakın gökyüzü kırmızı tonlarda boyanır.

Muhtemelen, atmosferin farklı bir bileşimi ile, örneğin diğer gezegenlerde, gün batımı da dahil olmak üzere gökyüzünün rengi farklı olabilir. Örneğin Mars'ta gökyüzünün rengi kırmızımsı pembedir.

Atmosferdeki ışık yoğunluğunun zayıflamasının ana nedenleri saçılma ve emilimdir. Saçılma, saçılan parçacığın çapının ışığın dalga boyuna oranının bir fonksiyonu olarak değişir. Bu oran 1/10'dan küçük olduğunda, saçılma katsayısının 1/λ4 ile orantılı olduğu Rayleigh saçılması meydana gelir. Saçılan parçacıkların boyutunun dalga boyuna oranının daha büyük değerlerinde saçılma yasası Gustave Mie Denklemine göre değişir; bu oran 10'dan büyük olduğunda geometrik optik yasaları pratikte yeterli doğrulukla uygulanır.

Görmenin ve anlamanın mutluluğu
doğanın en güzel hediyesidir.
Albert Einstein

Gökyüzü mavisinin gizemi

Gökyüzü neden mavi?...

Hayatında en az bir kez bile bunu düşünmeyen hiç kimse yoktur. Ortaçağ düşünürleri zaten gökyüzünün renginin kökenini açıklamaya çalışmışlardı. Bazıları mavinin havanın veya onu oluşturan gazlardan birinin gerçek rengi olduğunu öne sürdü. Bazıları ise gökyüzünün gerçek renginin siyah olduğunu, yani geceleri göründüğünü düşünüyordu. Gün içinde gökyüzünün siyah rengi güneş ışınlarının beyaz rengiyle birleşir ve sonuç... mavi olur.

Şimdi belki mavi boya almak isteyen siyahla beyazı karıştıracak biriyle tanışmayacaksınız. Ve renk karışımı yasalarının hâlâ belirsiz olduğu bir dönem vardı. Sadece üç yüz yıl önce Newton tarafından kuruldular.

Newton gizemle ilgilenmeye başladı gökyüzü mavi. Önceki tüm teorileri reddederek başladı.

Birincisi, beyaz ve siyahın karışımının asla mavi üretmediğini savundu. İkincisi, mavi kesinlikle havanın gerçek rengi değildir. Eğer böyle olsaydı, gün batımında Güneş ve Ay gerçekte oldukları gibi kırmızı değil, mavi görünürdü. Uzaktaki karlı dağların zirveleri böyle görünecekti.

Havanın renkli olduğunu hayal edin. Çok zayıf olsa bile. Daha sonra kalın bir tabaka boyalı cam gibi davranacaktır. Ve boyalı camdan bakarsanız, tüm nesneler bu camla aynı renkte görünecektir. Neden uzaktaki karlı zirveler bize hiç mavi değil de pembe görünüyor?

Selefleriyle olan anlaşmazlıkta gerçek Newton'un tarafındaydı. Havanın renkli olmadığını kanıtladı.

Ama yine de göksel masmavi bilmeceyi çözemedi. Doğanın en güzel, şiirsel olaylarından biri olan gökkuşağı karşısında kafası karışmıştı. Neden aniden ortaya çıkıyor ve beklenmedik bir şekilde ortadan kayboluyor? Newton yaygın batıl inançla yetinemedi: Gökkuşağı yukarıdan gelen bir işarettir, önceden haber verir güzel hava. Her olgunun maddi nedenini bulmaya çalıştı. Gökkuşağının nedenini de buldu.

Gökkuşağı yağmur damlalarında ışığın kırılması sonucu oluşur. Bunu anlayan Newton, gökkuşağı yayının şeklini hesaplayabildi ve gökkuşağının renk sırasını açıklayabildi. Onun teorisi yalnızca çift gökkuşağının görünümünü açıklayamıyordu, ancak bu yalnızca üç yüzyıl sonra çok karmaşık bir teorinin yardımıyla yapıldı.

Gökkuşağı teorisinin başarısı Newton'u hipnotize etti. Yanlışlıkla gökyüzünün mavi rengiyle gökkuşağının aynı nedenden kaynaklandığına karar verdi. Güneş ışınları yağmur damlalarının arasından geçtiğinde gerçekten bir gökkuşağı patlıyor. Ancak gökyüzünün maviliği sadece yağmurda görülmüyor! Aksine, yağmurun bile olmadığı açık havalarda gökyüzü özellikle mavidir. Büyük bilim adamı bunu nasıl fark etmedi? Newton, teorisine göre gökkuşağının yalnızca mavi kısmını oluşturan minik su kabarcıklarının her türlü hava koşulunda havada yüzdüğünü düşünüyordu. Ama bu bir yanılsamaydı.

İlk çözüm

Neredeyse 200 yıl geçti ve başka bir İngiliz bilim adamı bu konuyu ele aldı - Rayleigh, bu görevin büyük Newton'un bile gücünün ötesinde olmasından korkmuyordu.

Rayleigh optik okudu. Ve hayatlarını ışık çalışmalarına adayan insanlar, karanlıkta çok zaman harcıyorlar. Dışarıdan gelen ışık en iyi deneyleri engeller, bu nedenle optik laboratuvarının pencereleri neredeyse her zaman siyah, geçilmez perdelerle kaplıdır.

Rayleigh, cihazlardan kaçan ışık huzmeleriyle kasvetli laboratuvarında saatlerce tek başına kaldı. Işınların yolunda canlı toz zerreleri gibi dönüyorlardı. Parlak bir şekilde aydınlatılmışlardı ve bu nedenle karanlık arka planda öne çıkıyorlardı. Bilim adamı, tıpkı bir kişinin şöminedeki kıvılcımların oyununu izlemesi gibi, onların yumuşak hareketlerini uzun süre düşünceli bir şekilde izleyerek geçirmiş olabilir.

Rayleigh'e şunu düşündüren, ışık ışınlarında dans eden bu toz zerreleri değil miydi? yeni düşünce gökyüzünün renginin kökeni hakkında?

Antik çağlarda bile ışığın düz bir çizgide yayıldığı biliniyordu. Bu önemli keşif, ilkel insan tarafından kulübenin çatlaklarından geçerek güneş ışınlarının duvarlara ve zemine nasıl düştüğünü gözlemleyerek yapılmış olabilir.

Ancak yandan bakıldığında ışık ışınlarını neden gördüğü düşüncesinden rahatsız olması pek olası değil. Ve burada düşünülmesi gereken bir şey var. Sonuçta güneş ışığı çatlaktan zemine doğru ışınlanıyor. Gözlemcinin gözü yandadır ve yine de bu ışığı görür.

Ayrıca gökyüzüne yönlendirilen bir spot ışığından gelen ışığı da görüyoruz. Bu, ışığın bir kısmının bir şekilde doğrudan yoldan saparak gözümüze yönlendirildiği anlamına gelir.

Onu yoldan çıkmaya iten şey nedir? Bunların havayı dolduran toz parçacıkları olduğu ortaya çıktı. Bir toz zerresinin saçtığı ışınlar ve ışınlar gözümüze girer, engellerle karşılaşınca yoldan ayrılır ve saçılan toz zerresinden gözümüze düz bir çizgi halinde yayılır.

“Gökyüzünü maviye boyayan bu toz zerreleri mi?” – Rayleigh bir gün düşündü. Hesabı yaptı ve tahmin kesinleşti. Gökyüzünün mavi rengine, kızıl şafaklara ve mavi puslara bir açıklama buldu! Rayleigh 1871'de, elbette, boyutu ışığın dalga boyundan daha küçük olan küçük toz taneciklerinin güneş ışığını dağıttığını ve dalga boyu ne kadar kısa olursa o kadar güçlü olduğunu duyurdu. Görünür güneş spektrumundaki mor ve mavi ışınlar en kısa dalga boyuna sahip olduğundan, en güçlü şekilde dağılırlar ve gökyüzüne mavi bir renk verirler.

Güneş ve karlı zirveler Rayleigh'in bu hesaplamasına uydu. Hatta bilim adamının teorisini bile doğruladılar. Rayleigh'in teorisine göre, gün doğumu ve gün batımında, güneş ışığı havanın en kalın kısmından geçtiğinde, mor ve mavi ışınlar en güçlü şekilde dağılır. Aynı zamanda doğru yoldan saparlar ve bakanın dikkatini çekmezler. Gözlemci esas olarak çok daha zayıf bir şekilde dağılmış olan kırmızı ışınları görüyor. Bu nedenle güneş doğarken ve batarken bize kırmızı görünür. Aynı sebepten dolayı uzaktaki karlı dağların zirveleri de pembe görünür.

Açık gökyüzüne baktığımızda, saçılma nedeniyle düz yoldan saparak gözümüze düşen mavi-mavi ışınlar görürüz. Ve bazen ufkun yakınında gördüğümüz sis de bize mavi görünüyor.

Can sıkıcı önemsiz şey

Çok güzel bir anlatım değil mi? Rayleigh kendisini o kadar kaptırmıştı ki, bilim adamları teorinin uyumu ve Rayleigh'in Newton'a karşı kazandığı zafer karşısında o kadar hayrete düşmüşlerdi ki hiçbiri basit bir şeyi fark etmedi. Ancak bu önemsiz şey onların değerlendirmesini tamamen değiştirmiş olmalıydı.

Havada tozun çok daha az olduğu şehirden uzakta, gökyüzünün mavi renginin özellikle açık ve parlak olduğunu kim inkar edebilir? Rayleigh'in bunu inkar etmesi zordu. Bu nedenle... ışığı dağıtan toz parçacıkları değil mi? Sonra ne?

Tüm hesaplamalarını tekrar gözden geçirdi ve denklemlerinin doğru olduğuna ikna oldu, ancak bu, saçılan parçacıkların aslında toz taneleri olmadığı anlamına geliyordu. Ek olarak, havada bulunan toz tanecikleri ışığın dalga boyundan çok daha uzundur ve hesaplamalar Rayleigh'i bunların büyük bir birikiminin gökyüzünün maviliğini artırmadığına, aksine zayıflattığına ikna etmiştir. Işığın büyük parçacıklar tarafından saçılması, dalga boyuna zayıf bir şekilde bağlıdır ve bu nedenle renginde bir değişikliğe neden olmaz.

Işık büyük parçacıklara saçıldığında hem saçılan hem de iletilen ışık beyaz kalır, dolayısıyla havadaki büyük parçacıkların görünümü gökyüzüne beyazımsı bir renk verir ve birikmesi büyük miktar Büyük damlacıklar bulutların ve sisin beyaz rengine neden olur. Sıradan bir sigarayı kontrol etmek kolaydır. Ağızlıktan çıkan duman daima beyazımsı görünür, yanan ucundan çıkan duman ise mavimsi renktedir.

Sigaranın yanan ucundan yükselen en küçük duman parçacıkları, ışığın dalga boyundan daha küçüktür ve Rayleigh'in teorisine göre ağırlıklı olarak mor ve mavi renkleri saçar. Ancak tütün kalınlığındaki dar kanallardan geçerken duman parçacıkları birbirine yapışır (pıhtılaşır), daha büyük topaklar halinde birleşir. Birçoğu ışığın dalga boylarından daha büyük hale gelir ve ışığın tüm dalga boylarını yaklaşık olarak eşit şekilde dağıtırlar. Ağızlıktan çıkan dumanın beyazımsı görünmesinin nedeni budur.

Evet, toz zerrelerine dayanan bir teoriyi tartışmak, savunmak faydasızdı.

Böylece gökyüzünün mavi renginin gizemi bir kez daha bilim adamlarının karşısına çıktı. Ancak Rayleigh pes etmedi. Eğer gökyüzünün mavi rengi atmosfer ne kadar temizse o kadar saf ve parlaksa, o zaman gökyüzünün rengine havanın moleküllerinden başka bir şey neden olamaz diye düşündü. Yeni makalelerinde hava moleküllerinin güneş ışığını saçan en küçük parçacıklar olduğunu yazdı!

Bu sefer Rayleigh çok dikkatliydi. Yeni fikrini bildirmeden önce onu test etmeye, teoriyi bir şekilde deneyimle karşılaştırmaya karar verdi.

Fırsat 1906'da kendini gösterdi. Rayleigh'e, Mount Wilson Gözlemevi'nde gökyüzünün mavi parıltısını inceleyen Amerikalı astrofizikçi Abbott yardımcı oldu. Abbott, Rayleigh saçılma teorisine dayanarak gökyüzünün parlaklığını ölçmenin sonuçlarını işleyerek havanın her santimetreküpünde bulunan molekül sayısını hesapladı. Çok büyük bir sayı olduğu ortaya çıktı! Şunu söylemek yeterli: Eğer bu moleküller yaşayan tüm insanlara dağıtılsaydı Toprak o zaman herkes bu moleküllerden 10 milyardan fazlasını alacak. Kısacası Abbott havanın her santimetreküpünde şunu keşfetti: normal sıcaklık ve atmosfer basıncında bir milyarın 27 milyar katı molekül bulunur.

Bir santimetreküp gazdaki molekül sayısı belirlenebilir Farklı yollar tamamen farklı ve bağımsız fenomenlere dayanmaktadır. Hepsi yakından eşleşen sonuçlara yol açar ve Loschmidt numarası adı verilen bir sayı verir.

Bu sayı bilim adamları tarafından iyi bilinmektedir ve gazlarda meydana gelen olayları açıklamada birden fazla kez ölçü ve kontrol görevi görmüştür.

Ve böylece Abbott'un gökyüzünün parlaklığını ölçerken elde ettiği sayı, Loschmidt'in sayısıyla büyük bir doğrulukla örtüşüyordu. Ancak hesaplamalarında Rayleigh saçılım teorisini kullandı. Böylece bu, teorinin doğru olduğunu, ışığın moleküler saçılımının gerçekten var olduğunu açıkça kanıtladı.

Rayleigh'in teorisinin deneyimlerle güvenilir bir şekilde doğrulandığı görülüyordu; tüm bilim adamları onun kusursuz olduğunu düşünüyordu.

Genel kabul gördü ve tüm optik ders kitaplarına dahil edildi. İnsan rahat bir nefes alabilirdi: Nihayet bu kadar tanıdık ve aynı zamanda gizemli bir olguya ilişkin bir açıklama bulunmuştu.

1907'de ünlülerin sayfalarında olması daha da şaşırtıcı bilimsel dergi soru tekrar gündeme geldi: gökyüzü neden mavi?!.

Anlaşmazlık

Genel kabul görmüş Rayleigh teorisini sorgulamaya kim cesaret etti?

İşin tuhafı, bu kişi Rayleigh'in en ateşli hayranlarından ve hayranlarından biriydi. Belki de hiç kimse Rayleigh'i onun kadar takdir edip anlamadı, onun çalışmalarını bu kadar iyi bilmiyordu ve onun bilimsel çalışmalarıyla genç Rus fizikçi Leonid Mandelstam kadar ilgilenmiyordu.

Başka bir Sovyet bilim adamı Akademisyen N.D. daha sonra "Leonid Isaakovich'in zihninin karakteri" diye hatırladı. Papaleksi'nin Rayleigh ile pek çok ortak noktası vardı. Ve onların yöntemleri tesadüf değil bilimsel yaratıcılık sıklıkla paralel yürür ve defalarca karşıya geçerdi.

Bu sefer de gökyüzünün renginin kökeni sorusu üzerine haç çıkardılar. Bundan önce Mandelstam esas olarak radyo mühendisliğiyle ilgileniyordu. Yüzyılımızın başlarında kesinlikle yeni alan bilim ve çok az insan bunu anladı. A.S.'nin keşfinden sonra. Popov'un (1895'te) üzerinden yalnızca birkaç yıl geçmişti ve işin sonu gelmiyordu. Mandelstam kısa sürede bu alanda pek çok ciddi araştırma gerçekleştirdi. elektromanyetik titreşimler Radyo mühendisliği cihazlarıyla ilgili olarak. 1902'de tezini savundu ve yirmi üç yaşında Strasbourg Üniversitesi'nden Doğa Felsefesi Doktoru unvanını aldı.

Mandelstam, radyo dalgalarının uyarılması sorunlarıyla uğraşırken doğal olarak bu çalışmada tanınmış bir otorite olan Rayleigh'in çalışmalarını da inceledi. salınımlı süreçler. Ve genç doktor kaçınılmaz olarak gökyüzünü renklendirme sorunuyla tanıştı.

Ancak gökyüzünün rengi meselesiyle tanışan Mandelstam, Rayleigh'in genel kabul görmüş moleküler ışık saçılımı teorisinin yanlışlığını veya kendisinin de söylediği gibi "yetersizliğini" göstermekle kalmadı, yalnızca sırrı ortaya çıkarmakla kalmadı. gökyüzünün mavi renginin ortaya çıkmasıyla birlikte, aynı zamanda şu araştırmalardan birine yol açan araştırmanın da temelini attı: en önemli keşifler XX yüzyılın fiziği.

Her şey, en büyük fizikçilerden biri olan kuantum teorisinin babası M. Planck ile gıyaben yaşanan bir tartışmayla başladı. Mandelstam, Rayleigh'in teorisiyle tanıştığında, suskunluğu ve iç paradokslarıyla onu büyüledi; genç fizikçiyi şaşırtacak şekilde, yaşlı, oldukça deneyimli Rayleigh bunu fark etmedi. Rayleigh'in teorisinin yetersizliği, özellikle Planck tarafından optik olarak homojen şeffaf bir ortamdan geçerken ışığın zayıflamasını açıklamak için inşa edilen başka bir teoriyi analiz ederken açıkça ortaya çıktı.

Bu teoride ışığın içinden geçtiği madde moleküllerinin ikincil dalga kaynakları olduğu esas alınmıştır. Planck, bu ikincil dalgaları yaratmak için, geçen dalganın enerjisinin bir kısmının harcandığını ve bunun da zayıflatıldığını savundu. Bu teorinin Rayleigh moleküler saçılma teorisine dayandığını ve onun otoritesine dayandığını görüyoruz.

Maddenin mahiyetini anlamanın en kolay yolu su yüzeyindeki dalgalara bakmaktır. Bir dalga sabit veya yüzen nesnelerle (kazıklar, kütükler, tekneler vb.) karşılaşırsa, bu nesnelerden her yöne küçük dalgalar saçılır. Bu saçılmaktan başka bir şey değil. Gelen dalganın enerjisinin bir kısmı, optikteki dağınık ışığa oldukça benzeyen, heyecan verici ikincil dalgalara harcanır. Bu durumda, ilk dalga zayıflar ve kaybolur.

Yüzen nesneler suyun içinde ilerleyen dalga boyundan çok daha küçük olabilir. Küçük taneler bile ikincil dalgalara neden olur. Elbette parçacık boyutu küçüldükçe oluşturdukları ikincil dalgalar zayıflar ama yine de ana dalganın enerjisini alıp götüreceklerdir.

Bu, Planck'ın bir gazın içinden geçen bir ışık dalgasının zayıflama sürecini kabaca böyle hayal etmesiydi, ancak onun teorisinde taneciklerin rolü gaz molekülleri tarafından oynanıyordu.

Mandelstam, Planck'ın bu çalışmasıyla ilgilenmeye başladı.

Mandelstam'ın düşünce dizisi su yüzeyindeki dalgalar örneğiyle de açıklanabilir. Sadece daha dikkatli bakmanız gerekiyor. Yani su yüzeyinde yüzen küçük tanecikler bile ikincil dalgaların kaynağıdır. Peki bu taneler suyun tüm yüzeyini kaplayacak kadar kalın dökülürse ne olur? Daha sonra, çok sayıda taneciğin neden olduğu bireysel ikincil dalgaların, dalgaların yanlara ve geriye doğru uzanan kısımlarını tamamen söndürecek ve saçılmanın duracağı şekilde toplanacağı ortaya çıkacaktır. Geriye kalan tek şey ileriye doğru koşan bir dalgadır. Hiç zayıflamadan ileriye doğru koşacaktır. Tahıl kütlesinin tamamının varlığının tek sonucu, birincil dalganın yayılma hızında hafif bir azalma olacaktır. Tüm bunların, taneciklerin hareketsiz olmasına veya su yüzeyi boyunca hareket edip etmemesine bağlı olmaması özellikle önemlidir. Tahılların agregası, suyun yüzeyinde bir yük görevi görecek ve üst katmanının yoğunluğunu değiştirecektir.

Mandelstam, havadaki molekül sayısının ışığın dalga boyu kadar küçük bir alanda bile çok fazla molekül oluşturacak kadar büyük olması durumu için matematiksel bir hesaplama yaptı. Büyük sayı moleküller. Bu durumda, kaotik biçimde hareket eden tek tek moleküller tarafından uyarılan ikincil ışık dalgalarının, tanecikli örnekteki dalgalarla aynı şekilde toplandığı ortaya çıktı. Bu, bu durumda ışık dalgasının saçılmadan ve zayıflamadan, ancak biraz daha düşük bir hızda yayıldığı anlamına gelir. Bu, saçılan parçacıkların hareketinin her durumda dalgaların saçılmasını sağladığına inanan Rayleigh'in teorisini çürüttü ve dolayısıyla Planck'ın buna dayanan teorisini çürüttü.

Böylece saçılma teorisinin temelinde kum keşfedildi. Görkemli binanın tamamı sallanmaya başladı ve çökme tehlikesiyle karşı karşıya kaldı.

Tesadüf

Peki Loschmidt sayısını gökyüzünün mavi parıltısının ölçümlerinden belirlemeye ne dersiniz? Sonuçta deneyimler Rayleigh'in saçılma teorisini doğruladı!

Mandelstam 1907'de "Optik Olarak Homojen ve Bulanık Medya Üzerine" adlı çalışmasında "Bu tesadüfün tesadüfi olduğu düşünülmelidir" diye yazmıştı.

Mandelstam, moleküllerin rastgele hareketinin bir gazı homojen hale getiremeyeceğini gösterdi. Tam tersine, gerçek gaz Kaotik termal hareketin sonucu olarak her zaman küçük seyrelmeler ve sıkışmalar oluşur. Havanın optik homojenliğini bozdukları için ışığın dağılmasına neden olan onlardır. Aynı çalışmada Mandelstam şunu yazdı:

"Ortam optik olarak homojen değilse, genel olarak konuşursak, gelen ışık da yanlara doğru dağılacaktır."

Ancak kaotik hareket sonucu ortaya çıkan homojensizliklerin boyutları ışık dalgalarının uzunluğundan küçük olduğundan spektrumun mor ve mavi kısımlarına karşılık gelen dalgalar ağırlıklı olarak saçılacaktır. Bu da özellikle gökyüzünün mavi rengine yol açıyor.

Böylece masmavi gökyüzünün bilmecesi nihayet çözüldü. Teorik kısım Rayleigh tarafından geliştirilmiştir. Fiziksel doğa difüzörler Mandelstam tarafından kuruldu.

Mandelstam'ın büyük değeri, bir gazın mükemmel homojenliği varsayımının, içindeki ışığın saçılması gerçeğiyle bağdaşmadığını kanıtlaması gerçeğinde yatmaktadır. Gökyüzünün mavi renginin gazların homojenliğinin sadece görünüşte olduğunu kanıtladığını fark etti. Daha doğrusu, gazlar yalnızca barometre, terazi veya aynı anda milyarlarca molekülden etkilenen diğer aletler gibi kaba aletlerle incelendiğinde homojen görünürler. Ancak ışık huzmesi, yalnızca onbinlerce olarak ölçülen, kıyaslanamayacak kadar küçük miktarlardaki molekülleri algılar. Ve bu, gazın yoğunluğunun sürekli olarak küçük yerel değişikliklere maruz kaldığını şüpheye yer bırakmayacak şekilde kanıtlamak için yeterlidir. Dolayısıyla bizim “kaba” bakış açımıza göre homojen olan bir ortam gerçekte heterojendir. "Işık açısından" bulutlu görünür ve bu nedenle ışığı dağıtır.

Moleküllerin termal hareketinden kaynaklanan, bir maddenin özelliklerinde meydana gelen rastgele yerel değişikliklere artık dalgalanmalar adı verilmektedir. Moleküler ışık saçılımının dalgalanma kökenini keşfeden Mandelstam, maddeyi incelemek için yeni bir yöntemin yolunu açtı - daha sonra Smoluchowski, Lorentz, Einstein ve kendisi tarafından yeni ve büyük bir fizik bölümü olan istatistiksel fizik olarak geliştirilen dalgalanma veya istatistiksel yöntem. .

Gökyüzü parıldamalı!

Böylece gökyüzünün mavi renginin gizemi ortaya çıktı. Ancak ışık saçılımı üzerine yapılan çalışmalar burada bitmedi. Hava yoğunluğundaki neredeyse algılanamayan değişikliklere dikkat çeken ve gökyüzünün rengini ışığın dalgalı saçılımıyla açıklayan Mandelstam, keskin bir bilim adamı anlayışıyla, bu sürecin yeni, daha da incelikli bir özelliğini keşfetti.

Sonuçta havanın homojen olmaması yoğunluğundaki rastgele dalgalanmalardan kaynaklanmaktadır. Bu rastgele homojensizliklerin büyüklüğü ve kümelerin yoğunluğu zamanla değişir. Bu nedenle bilim adamı, saçılan ışığın yoğunluğunun (gücünün) de zamanla değişmesi gerektiğini düşündü! Sonuçta molekül kümeleri ne kadar yoğunsa, üzerlerine saçılan ışık da o kadar yoğun olur. Ve bu kümeler düzensiz bir şekilde görünüp kaybolduğu için, basitçe söylemek gerekirse gökyüzünün parıldaması gerekir! Parıltısının gücü ve rengi her zaman değişmelidir (ancak çok zayıf bir şekilde)! Peki hiç kimse böyle bir titremeyi fark etti mi? Tabii ki değil.

Bu etki o kadar incelikli ki çıplak gözle bunu fark etmeyeceksin.

Bilim adamlarının hiçbiri gökyüzünün ışıltısında da böyle bir değişiklik gözlemlemedi. Mandelstam'ın teorisinin sonuçlarını doğrulama fırsatı yoktu. Karmaşık deneylerin organizasyonu başlangıçta kötü koşullar nedeniyle engellendi Çarlık Rusyası ve ardından devrimin ilk yıllarının zorlukları, dış müdahale ve iç savaş.

1925'te Mandelstam, Moskova Üniversitesi'nde bölüm başkanı oldu. Burada seçkin bilim adamı ve yetenekli deneyci Grigory Samuilovich Landsberg ile tanıştı. Ve böylece derin dostluk ve ortak bağla bağlıyız bilimsel ilgi alanları, dağınık ışığın zayıf ışınlarında saklı sırlara saldırmaya birlikte devam ettiler.

O yıllarda üniversitenin optik laboratuvarları aletler açısından hâlâ çok zayıftı. Üniversitede gökyüzünün titremesini ya da teorinin bu titremenin sonucu olduğunu öngördüğü olay ve saçılan ışık frekanslarındaki küçük farklılıkları tespit edebilecek tek bir cihaz yoktu.

Ancak bu durum araştırmacıları durdurmadı. Gökyüzünü taklit etme fikrinden vazgeçtiler laboratuvar koşulları. Bu, zaten incelikli olan deneyimi daha da karmaşık hale getirmekten başka bir işe yaramaz. Beyaz karmaşık ışığın saçılımını değil, kesin olarak tanımlanmış bir frekanstaki ışınların saçılımını incelemeye karar verdiler. Gelen ışığın frekansını tam olarak bilirlerse, saçılma sırasında ortaya çıkması gereken ona yakın frekansları aramak çok daha kolay olacaktır. Buna ek olarak teori, gözlem yapmanın daha kolay olduğunu öne sürüyordu. katılarçünkü içlerinde moleküller gazlardan çok daha yakın bulunur ve madde ne kadar yoğun olursa saçılma da o kadar büyük olur.

En uygun malzemeler için özenli bir araştırma başladı. Sonunda seçim kuvars kristallerine düştü. Sırf büyük oldukları için temizle kristaller kuvars diğerlerinden daha erişilebilirdir.

İki yıl sürdü hazırlık deneyleri, kristallerin en saf örnekleri seçildi, teknik geliştirildi, kuvars molekülleri üzerindeki saçılmayı, rastgele kapanımlar, kristal homojensizlikleri ve safsızlıklar üzerindeki saçılmadan tartışmasız bir şekilde ayırmanın mümkün olduğu işaretler oluşturuldu.

Zeka ve çalışma

Spektral analiz için güçlü ekipmanlara sahip olmayan bilim insanları, mevcut cihazların kullanılmasını mümkün kılacak ustaca bir geçici çözüm seçtiler.

Bu çalışmadaki ana zorluk, moleküler saçılmanın neden olduğu zayıf ışığın, deneyler için elde edilen kristal numunelerindeki küçük safsızlıklar ve diğer kusurlar tarafından saçılan çok daha güçlü ışıkla üst üste gelmesiydi. Araştırmacılar, kristal kusurları ve yansımalardan oluşan dağınık ışığın avantajından yararlanmaya karar verdiler. çeşitli parçalar ayarlar gelen ışığın frekansıyla tam olarak eşleşir. Onlar sadece Mandelstam'ın teorisine uygun olarak frekansı değişen ışıkla ilgileniyorlardı. Dolayısıyla görev, çok daha parlak olan bu ışığın arka planına karşı moleküler saçılmanın neden olduğu değişen frekanstaki ışığı vurgulamaktı.

Saçılan ışığın tespit edilebilecek büyüklükte olduğundan emin olmak için bilim adamları kuvarsı ellerinde bulunan en güçlü aydınlatma cihazıyla aydınlatmaya karar verdiler: cıva lambası.

Yani kristalde dağılan ışık iki bölümden oluşmalıdır: zayıf ışık Moleküler saçılma nedeniyle değişen frekans (bu bölümün incelenmesi bilim adamlarının hedefiydi) ve değiştirilmemiş frekansın çok daha güçlü ışığından kaynaklanan, dış nedenlerden dolayı(Bu kısım zararlıydı, araştırmayı zorlaştırıyordu).

Yöntemin fikri basitliği nedeniyle çekiciydi: sabit frekanstaki ışığı absorbe etmek ve yalnızca değişen frekanstaki ışığı spektral aparata geçirmek gerekir. Ancak frekans farklılıkları yüzde binde sadece birkaçı kadardı. Dünyadaki hiçbir laboratuvarda bu kadar yakın frekansları ayırabilecek bir filtre yoktu. Ancak bir çözüm bulundu.

Dağınık ışık, cıva buharı içeren bir kaptan geçti. Sonuç olarak, tüm "zararlı" ışık kabın içinde "sıkışmış" ve "yararlı" ışık gözle görülür bir zayıflama olmaksızın içinden geçmiştir. Deneyciler zaten bilinen bir durumdan yararlandılar. Kuantum fiziğinin iddia ettiği gibi, bir madde atomu yalnızca çok spesifik frekanslarda ışık dalgaları yayma yeteneğine sahiptir. Aynı zamanda bu atom ışığı absorbe etme yeteneğine de sahiptir. Üstelik yalnızca kendisinin yayabileceği frekanslardaki ışık dalgaları.

Cıva lambasında ışık, etkisi altında parlayan cıva buharı tarafından yayılır. Elektrik boşalması, lambanın içinde meydana gelir. Bu ışık, içinde cıva buharı bulunan bir kaptan geçirilirse neredeyse tamamen emilecektir. Teorinin öngördüğü şey gerçekleşecek: Kaptaki cıva atomları, lambadaki cıva atomlarının yaydığı ışığı emecek.

Neon lamba gibi diğer kaynaklardan gelen ışık, cıva buharından zarar görmeden geçecektir. Cıva atomları buna dikkat bile etmeyecektir. Cıva lambasından gelen ışığın, dalga boyunda bir değişiklikle kuvars içinde dağılan kısmı da emilmeyecektir.

Mandelstam ve Landsberg'in yararlandığı işte bu uygun durumdu.

İnanılmaz keşif

1927'de belirleyici deneyler başladı. Bilim insanları bir kuvars kristalini cıva lambasının ışığıyla aydınlattılar ve sonuçları işlediler. Ve... şaşırdılar.

Deneyin sonuçları beklenmedik ve olağandışıydı. Bilim adamlarının keşfettiği şey hiç de bekledikleri şey değildi, teorinin öngördüğü şey de değildi. Tamamen yeni bir fenomen keşfettiler. Fakat hangisi? Peki bu bir hata değil mi? Dağınık ışık beklenen frekansları ortaya çıkarmadı ancak çok daha yüksek ve daha düşük frekansları ortaya çıkardı. Kuvars üzerine gelen ışıkta mevcut olmayan, dağınık ışık spektrumunda tam bir frekans kombinasyonu ortaya çıktı. Görünüşlerini kuvarstaki optik homojensizliklerle açıklamak kesinlikle imkansızdı.

Kapsamlı bir kontrol başladı. Deneyler kusursuz bir şekilde gerçekleştirildi. O kadar esprili, mükemmel ve yaratıcı tasarlanmışlardı ki, insan onlara hayranlık duymadan edemiyordu.

“Leonid Isaakovich bazen çok zor teknik sorunları o kadar güzel ve bazen de zekice çözdü ki, her birimiz istemeden şu soruyu sorduk: "Bu neden daha önce aklıma gelmedi?" – çalışanlardan biri diyor.

Çeşitli kontrol deneyleri ısrarla hiçbir hatanın olmadığını doğruladı. Dağınık ışık spektrumunun fotoğraflarında, dağınık ışıkta "ekstra" frekansların varlığını gösteren zayıf ama yine de oldukça belirgin çizgiler ısrarla ortaya çıktı.

Bilim insanları aylardır bu fenomene bir açıklama arıyorlardı. Dağınık ışıkta “yabancı” frekanslar nerede ortaya çıktı?!

Ve Mandelstam'ın inanılmaz bir tahminle şaşkına döndüğü gün geldi. Bu inanılmaz bir keşifti ve şu anda 20. yüzyılın en önemli keşiflerinden biri olarak kabul ediliyor.

Ancak hem Mandelstam hem de Landsberg, bu keşfin ancak sağlam bir kontrolün ardından, olgunun derinliklerine kapsamlı bir şekilde nüfuz edilmesinin ardından yayınlanabileceği konusunda oybirliğiyle karara vardı. Son denemeler başladı.

Güneşin yardımıyla

16 Şubat'ta Hintli bilim adamları C.N. Raman ve K.S. Krishnan Kalküta'dan bu dergiye bir telgraf gönderdi. Kısa Açıklama onun keşfinden.

O yıllarda dünyanın dört bir yanından çeşitli keşiflerle ilgili mektuplar Nature dergisine akın ediyordu. Ancak her mesajın bilim insanları arasında heyecan yaratacağı söylenemez. Hintli bilim adamlarının mektubuyla ilgili konu ortaya çıktığında fizikçiler büyük heyecan yaşadı. Yalnızca notun başlığı “ Yeni tip ikincil radyasyon” – ilgi uyandırdı. Sonuçta optik en eski bilimlerden biridir; 20. yüzyılda optikte bilinmeyen bir şeyi keşfetmek çoğu zaman mümkün olmuyordu.

Dünyanın her yerindeki fizikçilerin Kalküta'dan gelecek yeni mektupları ne kadar büyük bir ilgiyle beklediklerini tahmin etmek mümkündür.

İlgileri büyük ölçüde keşfin yazarlarından biri olan Raman'ın kişiliğinden kaynaklanıyordu. Bu, ilginç bir kaderi olan ve Einstein'ınkine çok benzeyen olağanüstü bir biyografiye sahip bir adam. Einstein gençliğinde basit bir spor salonu öğretmeni ve ardından patent ofisinin bir çalışanıydı. Bu dönemde eserlerinin en önemlisini tamamladı. Parlak bir fizikçi olan Raman da üniversiteden mezun olduktan sonra finans bölümünde on yıl görev yapmak zorunda kaldı ve ancak bundan sonra Kalküta Üniversitesi bölümüne davet edildi. Raman kısa sürede Hint fizikçiler okulunun tanınmış başkanı oldu.

Anlatılan olaylardan kısa bir süre önce Raman ve Krishnan ilginç bir görevle ilgilenmeye başladılar. O zamanlar 1923'teki keşfin yol açtığı tutkular henüz dinmemişti. Amerikalı fizikçi Compton, X ışınlarının maddeden geçişini incelerken, bu ışınlardan bazılarının orijinal yönden uzaklaşarak dalga boylarını artırdığını keşfetti. Optik diline çevrildiğinde, bir maddenin molekülleriyle çarpışan X ışınlarının "renklerini" değiştirdiğini söyleyebiliriz.

Bu olgu kuantum fiziği yasalarıyla kolaylıkla açıklanıyordu. Dolayısıyla Compton'un keşfi, genç kuantum teorisinin doğruluğunun kesin kanıtlarından biriydi.

Benzer bir şeyi denemeye karar verdik ama optikte. Hintli bilim adamları tarafından keşfedildi. Işığı bir maddeden geçirerek ışınlarının maddenin molekülleri üzerinde nasıl dağılacağını ve dalga boylarının değişip değişmeyeceğini görmek istiyorlardı.

Gördüğünüz gibi Hintli bilim adamları, isteyerek ya da istemeyerek, Sovyet bilim adamlarıyla aynı görevi kendilerine yüklediler. Ama amaçları farklıydı. Kalküta'da Compton etkisinin optik bir benzetmesini arıyorlardı. Moskova'da - deneysel doğrulama Mandelstam'ın, ışık dalgalanan homojensizlikler yoluyla saçıldığında frekans değişiklikleriyle ilgili öngörüsü.

Raman ve Krishnan karmaşık bir deney tasarladılar çünkü beklenen etki son derece küçüktü. Deney çok parlak bir ışık kaynağı gerektiriyordu. Daha sonra bir teleskop kullanarak ışınlarını toplayarak güneşi kullanmaya karar verdiler.

Merceğinin çapı on sekiz santimetreydi. Araştırmacılar toplanan ışığı bir prizma aracılığıyla toz ve diğer kirletici maddelerden tamamen temizlenmiş sıvı ve gaz içeren kaplara yönlendirdiler.

Ancak beyaz kullanarak dağınık ışığın beklenen küçük dalga boyu uzantısını tespit etmek için Güneş ışığı neredeyse tüm olası dalga boylarını içeren umut verici bir şey değildi. Bu nedenle bilim adamları ışık filtreleri kullanmaya karar verdiler. Merceğin önüne mavi-mor bir filtre yerleştirdiler ve sarı-yeşil bir filtre aracılığıyla saçılan ışığı gözlemlediler. İlk filtrenin geçmesine izin verdiği şeyin ikinci filtrede sıkışıp kalacağına haklı olarak karar verdiler. Sonuçta sarı-yeşil filtre, ilk filtrenin aktardığı mavi-mor ışınları emer. Ve her ikisi de arka arkaya yerleştirildiğinde gelen ışığın tamamını absorbe etmelidir. Bazı ışınlar gözlemcinin gözüne düşerse, bunların olay ışığında olmadıklarını, incelenen maddede doğduklarını güvenle söylemek mümkün olacaktır.

Kolomb

Aslında Raman ve Krishnan, dağınık ışıkta ikinci filtreden geçen ışınları tespit etti. Ekstra frekanslar kaydettiler. Bu prensipte optik Compton etkisi olabilir. Yani mavi-mor ışık, damarlarda bulunan bir maddenin molekülleri üzerine saçıldığında renk değiştirip sarı-yeşile dönebiliyordu. Ancak bunun yine de kanıtlanması gerekiyordu. Sarı-yeşil ışığın ortaya çıkmasına neden olan başka nedenler de olabilir. Örneğin, ışığın, ısının ve diğer nedenlerin etkisi altında sıvılarda ve katılarda sıklıkla görülen hafif bir parıltı olan lüminesansın bir sonucu olarak ortaya çıkabilir. Açıkçası bir şey vardı; bu ışık yeniden doğmuştu, düşen ışıkta sınırlı değildi.

Bilim insanları deneylerini altı farklı sıvı ve iki tür buharla tekrarladılar. Burada ne lüminesansın ne de başka nedenlerin bir rol oynamadığına inanıyorlardı.

Görünür ışığın dalga boyunun madde içinde dağıldığında arttığı gerçeği Raman ve Krishnan'a göre sabit görünüyordu. Görünüşe göre arayışları başarı ile taçlandırılmıştı. Compton etkisinin optik bir analogunu keşfettiler.

Ancak deneylerin tamamlanmış bir şekle sahip olması ve sonuçların yeterince ikna edici olması için çalışmanın bir bölümünün daha yapılması gerekiyordu. Dalga boyundaki bir değişikliği tespit etmek yeterli değildi. Bu değişimin büyüklüğünü ölçmek gerekiyordu. İlk adıma bir ışık filtresi yardımcı oldu. İkincisini yapacak gücü yoktu. Burada bilim adamlarının, incelenen ışığın dalga boyunu ölçmelerine olanak tanıyan bir cihaz olan bir spektroskopa ihtiyacı vardı.

Ve araştırmacılar, daha az karmaşık ve özenli olmayan ikinci bölüme başladılar. Ama aynı zamanda beklentilerini de karşıladı. Sonuçlar, çalışmanın ilk bölümünün sonuçlarını bir kez daha doğruladı. Ancak dalga boyunun beklenmedik derecede uzun olduğu ortaya çıktı. Beklenenden çok daha fazlası. Bu durum araştırmacıları rahatsız etmedi.

Burada Columbus'u nasıl hatırlamayız? Bulmak istedi deniz yolu Hindistan'a gitti ve toprağı gördükten sonra amacına ulaştığından hiç şüphe duymadı. Kızıl sakinleri ve Yeni Dünya'nın alışılmadık doğasını görünce kendine olan güveninden şüphe etmek için bir nedeni var mıydı?

Görünür ışıkta Compton etkisini keşfetmeye çalışan Raman ve Krishnan'ın, bunu sıvı ve gazlardan geçen ışığı inceleyerek bulduklarını düşündükleri doğru değil mi? Ölçümler, saçılan ışınların dalga boyunda beklenmedik derecede daha büyük bir değişiklik gösterdiğinde şüphelendiler mi? Keşiflerinden hangi sonucu çıkardılar?

Hintli bilim adamlarına göre aradıklarını buldular. 23 Mart 1928'de "Compton etkisinin optik analojisi" başlıklı makalenin yer aldığı bir telgraf Londra'ya uçtu. Bilim insanları şunları yazdı: "Dolayısıyla Compton etkisinin optik analojisi açıktır, ancak dalga boyunda çok daha büyük bir değişiklikle karşı karşıyayız..." Not: "çok daha büyük..."

Atomların dansı

Raman ve Krishnan'ın çalışmaları bilim adamları arasında alkışlarla karşılandı. Herkes haklı olarak deneysel sanatına hayran kaldı. Bu keşif için Raman'a 1930'da Nobel Ödülü verildi.

Hintli bilim adamlarından gelen mektuba ek olarak, gelen ışığın frekansını ve maddenin molekülleri üzerine dağılan ışığı gösteren çizgilerin yerini aldığı spektrumun bir fotoğrafı da vardı. Raman ve Krishnan'a göre bu fotoğraf, keşiflerini her zamankinden daha net bir şekilde gösteriyordu.

Mandelstam ve Landsberg bu fotoğrafa baktıklarında ellerine geçen fotoğrafın neredeyse birebir kopyasını gördüler! Ancak onun açıklamasını öğrendikten sonra Raman ve Krishnan'ın yanıldığını hemen anladılar.

Hayır, Hintli bilim adamları Compton etkisini keşfetmediler, fakat tamamen farklı bir fenomeni, Sovyet bilim adamlarının uzun yıllardır üzerinde çalıştığı fenomenin aynısını...

Hintli bilim adamlarının keşfinin yarattığı heyecan büyürken, Mandelstam ve Landsberg kontrol deneylerini bitiriyor ve nihai kesin sonuçları özetliyorlardı.

Ve 6 Mayıs 1928'de basılmak üzere bir makale gönderdiler. Makaleye spektrumun bir fotoğrafı eklenmiştir.

Konunun tarihçesini kısaca özetleyen araştırmacılar, keşfettikleri olgunun detaylı yorumunu yaptılar.

Peki pek çok bilim insanının acı çekmesine ve beyinlerini yormasına neden olan bu olay neydi?

Mandelstam'ın derin sezgisi ve açık analitik zihni, bilim adamına, dağınık ışığın frekansında tespit edilen değişikliklerin, hava yoğunluğunun rastgele tekrarlarını eşitleyen moleküller arası kuvvetlerden kaynaklanamayacağını hemen söyledi. Bilim adamı, bunun nedeninin şüphesiz maddenin moleküllerinin kendisinde yattığını, fenomenin molekülü oluşturan atomların molekül içi titreşimlerinden kaynaklandığını açıkça ortaya koydu.

Bu tür dalgalanmalar çok daha fazlası ile ortaya çıkar yüksek frekans, çevredeki rastgele homojensizliklerin oluşumuna ve emilimine eşlik edenlerden daha fazla. Saçılan ışığı etkileyen, moleküllerdeki atomların bu titreşimleridir. Atomlar onu işaretliyor, üzerinde iz bırakıyor ve ek frekanslarla şifreliyor gibi görünüyor.

Bu çok güzel bir tahmindi, doğanın küçük kalesi olan molekülün kordonunun ötesinde insan düşüncesine cesur bir istilaydı. Ve bu keşif, iç yapısı hakkında değerli bilgiler getirdi.

El ele

Böylece, saçılan ışığın frekansında moleküller arası kuvvetlerin neden olduğu küçük bir değişiklik tespit edilmeye çalışılırken, molekül içi kuvvetlerin neden olduğu frekansta daha büyük bir değişiklik keşfedildi.

Bu nedenle, "Işığın Raman saçılması" adı verilen yeni fenomeni açıklamak için, Mandelstam'ın yarattığı moleküler saçılma teorisini, moleküllerin içindeki atomların titreşimlerinin etkisine ilişkin verilerle desteklemek yeterliydi. Yeni fenomen, Mandelstam'ın 1918'de kendisi tarafından formüle edilen fikrinin geliştirilmesinin bir sonucu olarak keşfedildi.

Evet, Akademisyen S.I.'nin dediği gibi sebepsiz değil. Vavilov, “Doğa, Leonid Isaakovich'e tamamen alışılmadık bir vizyoner armağan etti ince zihinçoğunluğun kayıtsızca geçtiği asıl şeyi hemen fark eden ve anlayan. Işık saçılımının dalgalanma özü bu şekilde anlaşıldı ve Raman saçılımının keşfinin temeli olan ışık saçılımı sırasında spektrumda bir değişiklik olduğu fikri bu şekilde ortaya çıktı."

Daha sonra bu keşiften çok büyük faydalar elde edildi ve değerli pratik uygulamalara kavuştu.

Keşfedildiği anda bilime yalnızca çok değerli bir katkı gibi görünüyordu.

Peki ya Raman ve Krishnan? Sovyet bilim adamlarının ve kendilerinin keşiflerine nasıl tepki verdiler? Ne keşfettiklerini anladılar mı?

Bu soruların cevabı, Sovyet bilim adamlarının makaleyi yayınlamasından 9 gün sonra Raman ve Krishnan'ın basına gönderdikleri aşağıdaki mektupta yer alıyor. Evet, gözlemledikleri olgunun Compton etkisi olmadığını anladılar. Bu, ışığın Raman saçılımıdır.

Raman ve Krishnan'ın mektupları ile Mandelstam ve Landsberg'in makalelerinin yayınlanmasından sonra, dünyanın her yerindeki bilim adamları, aynı olgunun bağımsız olarak ve neredeyse eşzamanlı olarak Moskova ve Kalküta'da üretilip çalışıldığını açıkça anladılar. Ancak Moskovalı fizikçiler onu kuvars kristallerinde, Hintli fizikçiler ise sıvılarda ve gazlarda incelediler.

Ve bu paralellik elbette tesadüfi değildi. Sorunun alaka düzeyinden ve büyük bilimsel öneminden bahsediyor. Mandelstam ve Raman'ın Nisan 1928 sonunda vardığı sonuçlara yakın sonuçların Fransız bilim adamları Rocard ve Kaban tarafından da bağımsız olarak elde edilmesi şaşırtıcı değil. Bir süre sonra bilim adamları, 1923'te Çek fizikçi Smekal'in teorik olarak aynı fenomeni öngördüğünü hatırladılar. Smekal'in çalışmasının ardından Kramers, Heisenberg ve Schrödinger'in teorik araştırmaları ortaya çıktı.

Görünen o ki, pek çok ülkedeki bilim adamlarının farkında bile olmadan aynı sorunu çözmek için çalışmış olmalarını yalnızca bilimsel bilgi eksikliği açıklayabilir.

Otuz yedi yıl sonra

Raman çalışmaları sadece keşfetmedi yeni bölümışık biliminde. Aynı zamanda teknolojiye güçlü silahlar verdiler. Endüstri, maddenin özelliklerini incelemek için mükemmel bir yola sahiptir.

Sonuçta, ışığın Raman saçılımının frekansları, ışığı saçan ortamın molekülleri tarafından ışığa uygulanan izlerdir. Ve farklı maddeler bu baskılar aynı değil. Akademisyen Mandelstam'a Raman'ın ışığın saçılımını "moleküllerin dili" olarak adlandırma hakkını veren de budur. Moleküllerin ışık ışınları üzerindeki izlerini okuyabilen ve saçılan ışığın bileşimini belirleyebilenlere, moleküller bu dili kullanarak yapılarının sırlarını anlatacaklardır.

Bir Raman spektrum fotoğrafının negatifinde, değişen siyahlıktaki çizgilerden başka bir şey yoktur. Ancak bir uzman, bu fotoğraftan, maddeden geçtikten sonra saçılan ışıkta ortaya çıkan molekül içi titreşimlerin frekanslarını hesaplayacak. Fotoğraf size şimdiye kadar bilinmeyen birçok yönü anlatacak iç yaşam moleküller: yapıları hakkında, atomları moleküllere bağlayan kuvvetler hakkında, hakkında göreceli hareketler atomlar. Raman spektrogramlarını deşifre etmeyi öğrenen fizikçiler, moleküllerin kendileri hakkında söyledikleri tuhaf "ışık dilini" anlamayı öğrendiler. Böylece yeni keşif, daha derinlere inmemizi sağladı. iç yapı moleküller.

Bugün fizikçiler sıvıların, kristallerin ve camsı maddelerin yapısını incelemek için Raman saçılımını kullanıyor. Kimyacılar bu yöntemi çeşitli bileşiklerin yapısını belirlemek için kullanırlar.

Işığın Raman saçılması olgusunu kullanarak maddeyi inceleme yöntemleri, P.N. Fizik Enstitüsü laboratuvarının çalışanları tarafından geliştirildi. Akademisyen Landsberg başkanlığındaki SSCB Lebedev Bilimler Akademisi.

Bu yöntemler hızlı ve doğru bir şekilde niceliksel ve doğru üretim yapılmasını mümkün kılar. niteliksel analizler havacılık benzinleri, çatlama ürünleri, petrol ürünleri ve diğer birçok karmaşık organik sıvı. Bunu yapmak için, incelenen maddeyi aydınlatmak ve onun saçtığı ışığın bileşimini belirlemek için bir spektrograf kullanmak yeterlidir. Çok basit görünüyor. Ancak bu yöntemin gerçekten kullanışlı ve hızlı olduğu ortaya çıkmadan önce bilim adamlarının doğru, hassas ekipmanlar oluşturmak için çok çalışması gerekiyordu. Ve bu yüzden.

İtibaren toplam sayısıİncelenen maddeye giren ışık enerjisinin yalnızca önemsiz bir kısmı (yaklaşık on milyarda biri) dağınık ışığın payını oluşturur. Ve Raman saçılımı nadiren bu değerin yüzde iki veya üçünü bile oluşturur. Görünüşe göre Raman'ın saçılmasının uzun süre fark edilmemesinin nedeni budur. İlk Raman fotoğraflarının elde edilmesinin onlarca saat süren pozlama gerektirmesi şaşırtıcı değil.

Ülkemizde oluşturulan modern ekipmanlar Raman spektrumunun elde edilmesini mümkün kılmaktadır. saf maddeler birkaç dakika, hatta bazen saniyeler içinde! Bireysel maddelerin yüzde birkaç oranında mevcut olduğu karmaşık karışımların analizi için bile, bir saatten fazla olmayan bir maruz kalma süresi genellikle yeterlidir.

Fotoğraf plakalarına kaydedilen moleküllerin dilinin Mandelstam ve Landsberg, Raman ve Krishnan tarafından keşfedilip deşifre edilmesinin ve anlaşılmasının üzerinden otuz yedi yıl geçti. O zamandan bu yana, gözlükçülerin Raman frekansları kataloğu olarak adlandırdığı molekül dilinin bir "sözlüğünü" derlemek için dünya çapında yoğun çalışmalar yapılıyor. Böyle bir katalog derlendiğinde, spektrogramların kodunun çözülmesi büyük ölçüde kolaylaşacak ve Raman saçılımı, bilim ve endüstrinin daha da kapsamlı bir şekilde hizmetinde olacaktır.