لذت دیدن و فهمیدن
زیباترین هدیه طبیعت است
آلبرت انیشتین

رمز و راز آبی آسمان

چرا آسمان آبی است؟...

چنین کسی وجود ندارد که حداقل یک بار در زندگی خود به این موضوع فکر نکرده باشد. متفکران قرون وسطی قبلاً سعی کردند منشا رنگ آسمان را توضیح دهند. برخی از آنها معتقد بودند که آبی رنگ واقعی هوا یا یکی از گازهای تشکیل دهنده آن است. برخی دیگر فکر می کردند که رنگ واقعی آسمان سیاه است - به شکلی که در شب به نظر می رسد. در طول روز، رنگ سیاه آسمان با سفید ترکیب می شود - اشعه های خورشید، و معلوم می شود ... آبی.

اکنون، شاید با فردی روبرو نشوید که بخواهد رنگ آبی را به دست آورد، سیاه و سفید را مخلوط کند. و زمانی بود که قوانین ترکیب رنگ ها هنوز نامشخص بود. آنها فقط سیصد سال پیش توسط نیوتن نصب شدند.

نیوتن نیز به راز آسمان لاجوردی علاقه مند شد. او با رد تمام نظریه های قبلی شروع کرد.

اولاً او استدلال کرد که مخلوط سفید و سیاه هرگز آبی تولید نمی کند. دوم اینکه آبی اصلا رنگ واقعی هوا نیست. اگر اینطور بود، خورشید و ماه در غروب خورشید، آنطور که واقعاً هستند قرمز نیستند، بلکه آبی به نظر می‌رسند. قله‌های کوه‌های برفی دوردست به این شکل خواهند بود.

تصور کنید هوا رنگی است. حتی اگر خیلی ضعیف باشد. سپس یک لایه ضخیم از آن مانند شیشه رنگ شده عمل می کند. و اگر از شیشه های رنگ شده نگاه کنید، به نظر می رسد همه اشیاء همرنگ این شیشه هستند. چرا قله های برفی دور برای ما صورتی به نظر می رسند و اصلاً آبی نیستند؟

در مناقشه با پیشینیانش، حقیقت از جانب نیوتن بود. او ثابت کرد که هوا رنگی نیست.

اما باز هم معمای لاجوردی بهشتی را حل نکرد. او با رنگین کمان، یکی از زیباترین و شاعرانه ترین پدیده های طبیعت، گیج شده بود. چرا به طور ناگهانی به همان اندازه غیرمنتظره ظاهر می شود و ناپدید می شود؟ نیوتن نمی توانست با خرافات رایج راضی باشد: رنگین کمان نشانه ای از بالا است، هوای خوب را پیش بینی می کند. او به دنبال یافتن علت مادی هر پدیده ای بود. او همچنین دلیل رنگین کمان را پیدا کرد.

رنگین کمان نتیجه شکست نور در قطرات باران است. نیوتن با درک این موضوع توانست شکل قوس رنگین کمان را محاسبه کند و ترتیب رنگ های رنگین کمان را توضیح دهد. نظریه او نمی توانست فقط ظاهر یک رنگین کمان دوگانه را توضیح دهد، اما این کار تنها سه قرن بعد با کمک یک نظریه بسیار پیچیده انجام شد.

موفقیت تئوری رنگین کمان نیوتن را هیپنوتیزم کرد. او به اشتباه تصمیم گرفت که رنگ آبی آسمان و رنگین کمان به همین دلیل ایجاد شده است. زمانی که پرتوهای خورشید از میان انبوهی از قطرات باران عبور می‌کنند، رنگین کمان واقعاً می‌شکند. اما آبی بودن آسمان نه تنها در باران قابل مشاهده است! برعکس، در هوای صاف، زمانی که حتی ذره ای از باران نمی بارد، آسمان به خصوص آبی است. چگونه دانشمند بزرگ متوجه این موضوع نشد؟ نیوتن فکر می کرد که حباب های کوچک آب که طبق نظریه او فقط قسمت آبی رنگین کمان را تشکیل می دهند، در هر آب و هوایی در هوا شناور هستند. اما این یک توهم بود.

راه حل اول

تقریباً 200 سال گذشت و یک دانشمند انگلیسی دیگر این موضوع را مطرح کرد - ریلی که نمی ترسید این کار حتی از توان نیوتن بزرگ خارج باشد.

ریلی در رشته اپتیک تحصیل کرد. و افرادی که زندگی خود را وقف مطالعه نور می کنند زمان زیادی را در تاریکی می گذرانند. نور اضافی با بهترین آزمایش‌ها تداخل می‌کند، به همین دلیل است که پنجره‌های آزمایشگاه نوری تقریباً همیشه با پرده‌های سیاه و غیرقابل نفوذ پوشیده می‌شوند.

ریلی ساعت‌ها در آزمایشگاه غم‌انگیز خود با پرتوهای نوری که از ابزار می‌گریخت، تنها ماند. در مسیر پرتوها مانند ذرات زنده غبار می چرخیدند. آنها روشن بودند و بنابراین در پس زمینه تاریک برجسته بودند. دانشمند ممکن است مدت زیادی را با تفکر و تفکر به تماشای حرکات نرم آنها سپری کرده باشد، درست همانطور که شخصی بازی جرقه ها را در شومینه تماشا می کند.

آیا این لکه های غباری که در پرتوهای نور می رقصند نبود که به ریلی ایده جدیدی در مورد منشاء رنگ آسمان داد؟

حتی در دوران باستان، مشخص شد که نور در یک خط مستقیم حرکت می کند. این کشف مهم را می‌توانست انسان بدوی انجام دهد و مشاهده کند که چگونه با شکستن شکاف‌های کلبه، پرتوهای خورشید به دیوارها و کف می‌افتد.

اما بعید است که او از این فکر که چرا پرتوهای نور را از کنار نگاه می کند، آزارش داده باشد. و اینجا چیزی برای فکر کردن وجود دارد. به هر حال، نور خورشید از شکاف به کف می‌تابد. چشم ناظر در کنار قرار دارد و با این وجود، این نور را می بیند.

ما همچنین نور را از نورافکنی که به سمت آسمان است می بینیم. این بدان معنی است که بخشی از نور به نوعی منحرف شده است مسیر مستقیمو به چشم ما می رود.

چه چیزی او را به بیراهه می کشاند؟ معلوم می شود که اینها همان ذرات غباری هستند که هوا را پر می کنند. پرتوهایی که توسط یک ذره گرد و غبار پراکنده می شوند و پرتوهایی وارد چشم ما می شوند که با برخورد با موانع از جاده منحرف شده و به صورت مستقیم از ذره پراکنده غبار به چشم ما سرایت می کنند.

"آیا این ذرات غبار است که آسمان را آبی رنگ می کند؟" - ریلی یک روز فکر کرد. او حساب را انجام داد و حدس به قطعیت تبدیل شد. او توضیحی برای رنگ آبی آسمان، سحرهای قرمز و مه آبی پیدا کرد! خوب، البته، ریلی در سال 1871 اعلام کرد که دانه های ریز گرد و غبار که اندازه آنها کوچکتر از طول موج نور است، نور خورشید را پراکنده می کند و هر چه طول موج آن کوتاه تر باشد، قوی تر است. و از آنجایی که پرتوهای بنفش و آبی در طیف خورشیدی مرئی کوتاه‌ترین طول موج را دارند، به شدت پراکنده می‌شوند و به آسمان رنگ آبی می‌دهند.

خورشید و قله های برفی از این محاسبه ریلی پیروی کردند. آنها حتی نظریه دانشمند را تأیید کردند. نظریه ریلی می گوید در طلوع و غروب خورشید، زمانی که نور خورشید از بیشترین ضخامت هوا عبور می کند، پرتوهای بنفش و آبی به شدت پراکنده می شوند. در عین حال از مسیر مستقیم منحرف می شوند و چشم ناظر را نمی گیرند. ناظر عمدتاً پرتوهای قرمز را می بیند که بسیار ضعیف تر پراکنده می شوند. به همین دلیل است که هنگام طلوع و غروب خورشید برای ما قرمز به نظر می رسد. به همین دلیل، قله‌های کوه‌های برفی دوردست صورتی به نظر می‌رسند.

با نگاه به آسمان صاف، پرتوهای آبی مایل به آبی را می بینیم که به دلیل پراکندگی از مسیر مستقیم منحرف شده و در چشمان ما می افتند. و مهی که گاهی در نزدیکی افق می بینیم نیز برای ما آبی به نظر می رسد.

ریزه کاری آزار دهنده

توضیح زیبایی نیست؟ خود ریلی چنان مجذوب آن شد، دانشمندان چنان از هماهنگی این نظریه و پیروزی ریلی بر نیوتن شگفت زده شدند که هیچ یک از آنها متوجه یک چیز ساده نشدند. با این حال، این ریزه کاری باید ارزیابی آنها را کاملاً تغییر می داد.

چه کسی انکار خواهد کرد که دور از شهر، جایی که گرد و غبار بسیار کمتری در هوا وجود دارد، رنگ آبی آسمان به ویژه شفاف و روشن است؟ برای خود ریلی سخت بود که این موضوع را انکار کند. بنابراین... این ذرات غبار نیستند که نور را پراکنده می کنند؟ بعد چی؟

او همه محاسبات خود را دوباره مرور کرد و متقاعد شد که معادلات او درست است، اما این بدان معناست که ذرات پراکنده در واقع دانه های غبار نیستند. علاوه بر این، دانه‌های غبار موجود در هوا بسیار طولانی‌تر از طول موج نور هستند و محاسبات، ریلی را متقاعد کردند که تجمع زیاد آن‌ها باعث افزایش آبی رنگ آسمان نمی‌شود، بلکه برعکس، آن را ضعیف می‌کند. پراکندگی نور توسط ذرات بزرگ به طور ضعیفی به طول موج بستگی دارد و بنابراین تغییری در رنگ آن ایجاد نمی کند.

هنگامی که نور بر روی ذرات بزرگ پراکنده می شود، نور پراکنده و نور عبوری سفید می ماند، بنابراین ظاهر شدن ذرات درشت در هوا رنگ سفیدی به آسمان می دهد و تجمع تعداد زیادی قطرات بزرگ باعث می شود. رنگ سفیدابر و مه بررسی این موضوع در یک سیگار معمولی آسان است. دودی که از دهانه بیرون می آید همیشه سفید به نظر می رسد و دودی که از انتهای سوزان آن بلند می شود به رنگ آبی است.

ریزترین ذرات دود که از انتهای سوزان سیگار برمی‌خیزد کوچک‌تر از طول موج نور هستند و طبق نظریه ریلی، رنگ‌های بنفش و آبی را پراکنده می‌کنند. اما هنگام عبور از کانال‌های باریک در ضخامت تنباکو، ذرات دود به هم می‌چسبند (انعقاد می‌شوند) و به صورت توده‌های بزرگ‌تر متحد می‌شوند. بسیاری از آنها بزرگتر از طول موج های نور می شوند و تمام طول موج های نور را تقریباً به طور مساوی پراکنده می کنند. به همین دلیل است که دود خروجی از دهانه سفید به نظر می رسد.

بله، استدلال و دفاع از یک نظریه مبتنی بر ذرات غبار بی فایده بود.

بنابراین، رمز و راز رنگ آبی آسمان دوباره در برابر دانشمندان مطرح شد. اما ریلی تسلیم نشد. او استدلال کرد که اگر رنگ آبی آسمان هر چه اتمسفر خالص‌تر و روشن‌تر باشد، پس رنگ آسمان را چیزی جز مولکول‌های خود هوا نمی‌توان ایجاد کرد. او در مقالات جدید خود نوشت، مولکول های هوا کوچکترین ذراتی هستند که نور خورشید را پراکنده می کنند!

این بار رایلی بسیار مراقب بود. قبل از گزارش ایده جدید خود، او تصمیم گرفت آن را آزمایش کند تا به نوعی نظریه را با تجربه مقایسه کند.

این فرصت در سال 1906 به وجود آمد. ابوت اخترفیزیکدان آمریکایی که درخشش آبی آسمان را در رصدخانه کوه ویلسون مطالعه کرد، به ریلی کمک کرد. ابوت با پردازش نتایج اندازه گیری روشنایی آسمان بر اساس نظریه پراکندگی ریلی، تعداد مولکول های موجود در هر سانتی متر مکعب هوا را محاسبه کرد. معلوم شد که تعداد زیادی است! کافی است بگوییم که اگر این مولکول ها را بین تمام ساکنان کره زمین توزیع کنید، همه بیش از 10 میلیارد از این مولکول ها را دریافت خواهند کرد. به طور خلاصه، ابوت کشف کرد که در هر سانتی متر مکعب هوا در دمای معمولیو فشار اتمسفر حاوی 27 میلیارد برابر یک میلیارد مولکول است.

تعداد مولکول ها در یک سانتی متر مکعب گاز قابل تعیین است راه های مختلفبر اساس پدیده های کاملاً متفاوت و مستقل. همه آنها به نتایج نزدیک به هم منتهی می شوند و عددی به نام عدد لوشمیت می دهند.

این عدد برای دانشمندان به خوبی شناخته شده است و بیش از یک بار به عنوان معیار و کنترلی در توضیح پدیده های رخ داده در گازها عمل کرده است.

و بنابراین عددی که ابوت هنگام اندازه گیری درخشش آسمان به دست آورد، با عدد لوشمیت با دقت زیادی مطابقت داشت. اما در محاسبات خود از نظریه پراکندگی ریلی استفاده کرد. بنابراین، این به وضوح ثابت کرد که این نظریه درست بود، پراکندگی مولکولی نور واقعا وجود دارد.

به نظر می رسید که تئوری ریلی به طور قابل اعتمادی توسط تجربه تایید شده است. همه دانشمندان آن را بی عیب و نقص می دانستند.

به طور کلی پذیرفته شد و در تمام کتاب های درسی اپتیک گنجانده شد. می توان نفس راحتی کشید: بالاخره توضیحی برای پدیده ای یافت شد که بسیار آشنا و در عین حال مرموز بود.

تعجب آورتر است که در سال 1907، در صفحات مشهور مجله علمیدوباره این سوال مطرح شد که چرا آسمان آبی است؟!.

اختلاف نظر

چه کسی جرأت داشت نظریه عمومی پذیرفته شده رایلی را زیر سوال ببرد؟

به اندازه کافی عجیب، این یکی از سرسخت ترین تحسین کنندگان و تحسین کنندگان ریلی بود. شاید هیچ کس آنقدر از ریلی قدردانی و درک نکرده باشد، آثار او را به خوبی نمی دانست و به اندازه لئونید ماندلشتام فیزیکدان جوان روسی به کار علمی او علاقه مند نبود.

یکی دیگر از دانشمندان شوروی، آکادمیسین N.D. بعدها به یاد آورد: "شخصیت ذهن لئونید ایزاکوویچ". پاپالکسی - شباهت های زیادی با ریلی داشت. و تصادفی نیست که مسیرهای خلاقیت علمی آنها غالباً موازی و مکرر از هم عبور می کرد.

آنها این بار نیز در مورد منشأ رنگ آسمان به صلیب کشیدند. قبل از این، ماندلشتام عمدتاً به مهندسی رادیو علاقه مند بود. در آغاز قرن ما، این یک حوزه کاملاً جدید از علم بود و افراد کمی آن را درک می کردند. پس از کشف ع.س. پوپوف (در سال 1895) فقط چند سال گذشته بود و پایان کار وجود نداشت. ماندلشتام در مدت کوتاهی تحقیقات جدی زیادی در زمینه نوسانات الکترومغناطیسی در رابطه با دستگاه های مهندسی رادیو انجام داد. در سال 1902 از پایان نامه خود دفاع کرد و در بیست و سه سالگی مدرک دکترای فلسفه طبیعی را از دانشگاه استراسبورگ دریافت کرد.

ماندلشتام در حین پرداختن به مسائل برانگیختگی امواج رادیویی، طبیعتاً آثار ریلی را که در مطالعه فرآیندهای نوسانی یک مرجع شناخته شده بود، مطالعه کرد. و دکتر جوان به ناچار با مشکل رنگ آمیزی آسمان آشنا شد.

اما ماندلشتام پس از آشنا شدن با موضوع رنگ آسمان، نه تنها مغالطه یا همان طور که خودش گفت «نارسایی» نظریه عمومی پذیرفته شده پراکندگی نور مولکولی ریلی را نشان داد، نه تنها راز را فاش کرد. از رنگ آبی آسمان، بلکه پایه و اساس تحقیقاتی را ایجاد کرد که منجر به یکی از مهمترین اکتشافاتفیزیک قرن XX

همه چیز با اختلاف غیابی با یکی از بزرگترین فیزیکدانان، پدر نظریه کوانتومی، M. Planck آغاز شد. زمانی که ماندلشتام با نظریه ریلی آشنا شد، او را با سکوت و تناقضات درونی خود مجذوب کرد، که در کمال تعجب فیزیکدان جوان، ریلی پیر و بسیار با تجربه متوجه آن نشد. نارسایی نظریه ریلی به ویژه هنگام تجزیه و تحلیل نظریه دیگری که بر اساس آن توسط پلانک برای توضیح تضعیف نور هنگام عبور از یک محیط شفاف نوری همگن ساخته شده بود، آشکار شد.

در این نظریه مبنا قرار گرفت که مولکول های ماده ای که نور از آن عبور می کند منابع امواج ثانویه هستند. پلانک استدلال کرد که برای ایجاد این امواج ثانویه، بخشی از انرژی موج عبوری صرف می شود که تضعیف می شود. می بینیم که این نظریه مبتنی بر نظریه پراکندگی مولکولی ریلی است و بر اعتبار آن تکیه دارد.

ساده ترین راه برای درک اصل موضوع، نگاه کردن به امواج روی سطح آب است. اگر موجی با اجسام ثابت یا شناور (شمع ها، کنده ها، قایق ها و غیره) برخورد کند، امواج کوچک از این اجسام در همه جهات پراکنده می شوند. این چیزی بیش از پراکندگی نیست. بخشی از انرژی موج فرودی صرف امواج ثانویه هیجان انگیز می شود که کاملاً شبیه نور پراکنده در اپتیک هستند. در این مورد، موج اولیه ضعیف می شود - محو می شود.

اجسام شناور می توانند بسیار کوچکتر از طول موجی باشند که در آب حرکت می کنند. حتی دانه های کوچک باعث ایجاد امواج ثانویه می شوند. البته با کاهش اندازه ذرات، امواج ثانویه ای که تشکیل می دهند ضعیف می شوند، اما همچنان انرژی موج اصلی را می گیرند.

تقریباً پلانک روند تضعیف موج نور را در حین عبور از گاز تصور می کرد، اما نقش دانه ها در نظریه او توسط مولکول های گاز ایفا می شد.

ماندلشتام به این کار پلانک علاقه مند شد.

رشته فکری ماندلشتام را می توان با استفاده از مثال امواج روی سطح آب نیز توضیح داد. فقط باید با دقت بیشتری به آن نگاه کنید. بنابراین، حتی دانه های کوچکی که روی سطح آب شناور هستند، منبع امواج ثانویه هستند. اما اگر این دانه ها آنقدر غلیظ ریخته شوند که تمام سطح آب را بپوشانند چه اتفاقی می افتد؟ سپس معلوم می‌شود که امواج ثانویه منفرد ناشی از دانه‌های متعدد به‌گونه‌ای جمع می‌شوند که آن قسمت‌هایی از امواج را که به طرفین و عقب می‌روند کاملاً خاموش می‌کنند و پراکندگی متوقف می‌شود. تنها چیزی که باقی می ماند موجی است که به جلو می رود. او بدون ضعیف شدن به جلو می دود. تنها نتیجه حضور کل توده دانه ها کاهش جزئی در سرعت انتشار موج اولیه خواهد بود. به ویژه مهم است که همه اینها به بی حرکت بودن دانه ها یا حرکت آنها در امتداد سطح آب بستگی ندارد. تجمع دانه ها به سادگی به عنوان یک بار روی سطح آب عمل می کند و چگالی لایه بالایی آن را تغییر می دهد.

ماندلشتام یک محاسبه ریاضی برای مواردی انجام داد که تعداد مولکول‌های موجود در هوا به قدری زیاد باشد که حتی ناحیه کوچکی مانند طول موج نور حاوی تعداد بسیار زیادی مولکول باشد. معلوم شد که در این مورد، امواج نور ثانویه برانگیخته شده توسط مولکول‌های متحرک هرج و مرج مانند امواج در مثال با دانه‌ها جمع می‌شوند. به این معنی که در این حالت موج نور بدون پراکندگی و تضعیف، اما با سرعت کمی کمتر منتشر می شود. این نظریه ریلی را رد کرد که معتقد بود حرکت ذرات پراکنده در همه موارد پراکندگی امواج را تضمین می کند و بنابراین نظریه پلانک بر اساس آن را رد کرد.

بنابراین، شن و ماسه در زیر اساس نظریه پراکندگی کشف شد. کل ساختمان با شکوه شروع به لرزیدن کرد و تهدید به سقوط کرد.

اتفاقی

اما در مورد تعیین عدد لوشمیت از اندازه گیری درخشش آبی آسمان چه می شود؟ بالاخره تجربه نظریه پراکندگی ریلی را تایید کرد!

ماندلستام در سال 1907 در اثر خود "درباره رسانه های همگن و کدر نوری" نوشت: "این تصادف را باید تصادفی در نظر گرفت."

ماندلشتام نشان داد که حرکت تصادفی مولکول ها نمی تواند گاز را همگن کند. برعکس، در گاز واقعی همیشه ریزش‌ها و فشردگی‌های کوچکی در نتیجه حرکت حرارتی آشفته ایجاد می‌شوند. آنها هستند که منجر به پراکندگی نور می شوند، زیرا همگنی نوری هوا را مختل می کنند. ماندلشتام در همین اثر نوشت:

"اگر محیط از نظر نوری ناهمگن باشد، به طور کلی، نور فرودی نیز به طرفین پراکنده می شود."

اما از آنجایی که اندازه ناهمگنی های ناشی از حرکت آشفته کوچکتر از طول امواج نور است، امواج مربوط به قسمت های بنفش و آبی طیف عمدتاً پراکنده خواهند شد. و این به ویژه به رنگ آبی آسمان منجر می شود.

بدین ترتیب معمای آسمان لاجوردی بالاخره حل شد. بخش نظری توسط ریلی توسعه داده شد. ماهیت فیزیکی پراکنده ها توسط ماندلشتام مشخص شد.

شایستگی بزرگ ماندلشتام در این واقعیت نهفته است که او ثابت کرد که فرض همگنی کامل یک گاز با واقعیت پراکندگی نور در آن ناسازگار است. او متوجه شد که رنگ آبی آسمان ثابت می کند که همگنی گازها فقط ظاهری است. به طور دقیق تر، گازها تنها زمانی همگن به نظر می رسند که با ابزارهای خام مانند فشارسنج، ترازو یا سایر ابزارهایی که توسط میلیاردها مولکول در یک زمان تحت تأثیر قرار می گیرند، بررسی شوند. اما پرتو نور مقادیر غیرقابل مقایسه کمتری از مولکول‌ها را حس می‌کند که تنها در ده‌ها هزار اندازه‌گیری می‌شوند. و این کافی است تا بدون شک ثابت شود که چگالی گاز به طور مداوم در معرض تغییرات محلی کوچک است. بنابراین، رسانه ای که از دیدگاه «تخت» ما همگن است، در واقع ناهمگن است. از "دیدگاه نور" ابری به نظر می رسد و بنابراین نور را پراکنده می کند.

تغییرات موضعی تصادفی در خواص یک ماده، ناشی از حرکت حرارتی مولکول ها، اکنون نوسان نامیده می شود. ماندلشتام با روشن ساختن منشاء نوسان پراکندگی نور مولکولی، راه را برای روش جدیدی برای مطالعه ماده هموار کرد - روش نوسانی یا آماری، که بعدها توسط اسمولوچوفسکی، لورنتس، انیشتین و خودش در بخش بزرگ جدیدی از فیزیک توسعه یافت. فیزیک آماری

آسمان باید چشمک بزند!

پس راز رنگ آبی آسمان فاش شد. اما مطالعه پراکندگی نور به همین جا ختم نشد. ماندلشتام با توجه به تغییرات تقریباً نامحسوس در چگالی هوا و توضیح رنگ آسمان با پراکندگی نوسانی نور، با درک دقیق خود از یک دانشمند، ویژگی جدید و حتی ظریف تر این فرآیند را کشف کرد.

از این گذشته، ناهمگنی هوا به دلیل نوسانات تصادفی در چگالی آن ایجاد می شود. بزرگی این ناهمگنی های تصادفی و چگالی توده ها در طول زمان تغییر می کند. بنابراین، دانشمند استدلال کرد، شدت - قدرت نور پراکنده - نیز باید در طول زمان تغییر کند! به هر حال، هر چه توده های مولکول ها متراکم تر باشند، نور پراکنده روی آنها شدیدتر است. و از آنجایی که این توده ها به طور آشفته ظاهر می شوند و ناپدید می شوند، به زبان ساده، آسمان باید چشمک بزند! قدرت درخشش و رنگ آن باید همیشه (اما بسیار ضعیف) تغییر کند! اما آیا کسی تا به حال متوجه چنین سوسو زدنی شده است؟ البته که نه.

این اثر به قدری ظریف است که با چشم غیرمسلح نمی توانید متوجه آن شوید.

هیچ یک از دانشمندان نیز چنین تغییری را در درخشش آسمان مشاهده نکرده اند. ماندلشتام خود فرصتی برای تأیید نتایج نظریه خود نداشت. سازماندهی آزمایشات پیچیده در ابتدا به دلیل شرایط نامناسب با مشکل مواجه شد روسیه تزاریو سپس سختی های سال های اول انقلاب، مداخله خارجیو جنگ داخلی

در سال 1925، ماندلشتام رئیس بخش دانشگاه مسکو شد. در اینجا او با دانشمند برجسته و آزمایشگر ماهر گریگوری سامویلوویچ لندسبرگ ملاقات کرد. و به این ترتیب، با پیوند دوستی عمیق و علایق علمی مشترک، با هم به حمله خود به اسرار پنهان در پرتوهای ضعیف نور پراکنده ادامه دادند.

آزمایشگاه های نوری دانشگاه در آن سال ها هنوز از نظر ابزار بسیار ضعیف بودند. هیچ ابزار واحدی در دانشگاه وجود نداشت که بتواند سوسو زدن آسمان یا آن تفاوت های کوچک در فرکانس های تابش و نور پراکنده را که نظریه پیش بینی می کرد نتیجه این سوسو زدن باشد، تشخیص دهد.

با این حال، این مانع از پژوهشگران نشد. آنها ایده شبیه سازی آسمان در یک محیط آزمایشگاهی را کنار گذاشتند. این فقط یک تجربه از قبل ظریف را پیچیده می کند. آنها تصمیم گرفتند نه پراکندگی نور سفید - پیچیده، بلکه پراکندگی پرتوهای یک فرکانس کاملاً مشخص را مطالعه کنند. اگر آنها دقیقاً فرکانس نور فرودی را بدانند، جستجوی فرکانس های نزدیک به آن که باید در هنگام پراکندگی ایجاد شوند، بسیار آسان تر خواهد بود. علاوه بر این، این تئوری نشان می‌دهد که انجام مشاهدات آسان‌تر است مواد جامد، از آنجایی که در آنها مولکول ها بسیار نزدیکتر از گازها قرار دارند و هر چه ماده متراکم تر باشد، پراکندگی بیشتر است.

جستجوی پر زحمت برای یافتن مناسب ترین مواد آغاز شد. سرانجام انتخاب بر روی کریستال های کوارتز افتاد. صرفاً به این دلیل که کریستال های بزرگ کوارتز شفاف مقرون به صرفه تر از هر کریستال دیگری هستند.

آزمایش‌های آماده‌سازی دو سال به طول انجامید، خالص‌ترین نمونه‌های کریستال‌ها انتخاب شدند، تکنیک بهبود یافت و نشانه‌هایی ایجاد شد که به‌وسیله آن می‌توان به‌طور مسلم پراکندگی روی مولکول‌های کوارتز را از پراکندگی روی اجزای تصادفی، ناهمگنی‌های کریستال و ناخالصی‌ها تشخیص داد.

شوخ طبعی و کار

به دلیل نداشتن تجهیزات قدرتمند برای تجزیه و تحلیل طیفی، دانشمندان راه حلی مبتکرانه را انتخاب کردند که قرار بود استفاده از ابزارهای موجود را ممکن کند.

مشکل اصلی در این کار این بود که نور ضعیف ناشی از پراکندگی مولکولی توسط نور بسیار قوی‌تر پراکنده شده توسط ناخالصی‌های کوچک و سایر نقص‌ها در نمونه‌های کریستالی که برای آزمایش‌ها به‌دست آمده بود، روی هم قرار می‌گرفت. محققان تصمیم گرفتند از این واقعیت استفاده کنند که نور پراکنده ناشی از نقص کریستال و بازتاب از بخشهای مختلفتنظیمات دقیقاً با فرکانس نور فرودی مطابقت دارد. آنها فقط به نور با فرکانس تغییر یافته مطابق با نظریه ماندلشتام علاقه مند بودند.

برای اطمینان از اینکه نور پراکنده دارای قدر قابل تشخیص است، دانشمندان تصمیم گرفتند کوارتز را با قوی ترین وسیله روشنایی در دسترسشان روشن کنند: یک لامپ جیوه.

بنابراین، نور پراکنده شده در کریستال باید از دو بخش تشکیل شده باشد: نور ضعیف فرکانس تغییر یافته، به دلیل پراکندگی مولکولی (مطالعه این قسمت هدف دانشمندان بود)، و نور بسیار قوی تر با فرکانس تغییر نیافته، ناشی از به دلایل خارجی(این قسمت مضر بود، تحقیق را سخت می کرد).

ایده روش به دلیل سادگی آن جذاب بود: لازم است نور با فرکانس ثابت جذب شود و فقط نور فرکانس تغییر یافته به دستگاه طیفی منتقل شود. اما تفاوت فرکانس فقط چند هزارم درصد بود. هیچ آزمایشگاهی در جهان فیلتری نداشت که بتواند چنین فرکانس های نزدیکی را از هم جدا کند. با این حال راه حلی پیدا شد.

نور پراکنده از یک ظرف حاوی بخار جیوه عبور داده شد. در نتیجه، تمام نور "مضر" در کشتی "گیر" کرد و نور "مفید" بدون تضعیف قابل توجهی از آن عبور کرد. آزمایش‌کنندگان از یکی از شرایط شناخته شده استفاده کردند. همانطور که فیزیک کوانتومی ادعا می کند یک اتم ماده قادر است امواج نور را فقط در فرکانس های بسیار خاص ساطع کند. در عین حال، این اتم قادر به جذب نور است. علاوه بر این، فقط امواج نوری از آن فرکانس هایی که خودش می تواند منتشر کند.

در لامپ جیوه ای، نور توسط بخار جیوه ساطع می شود که تحت تأثیر تخلیه الکتریکی در داخل لامپ می درخشد. اگر این نور از یک ظرف حاوی بخار جیوه نیز عبور داده شود، تقریباً به طور کامل جذب می شود. آنچه نظریه پیش‌بینی می‌کند اتفاق خواهد افتاد: اتم‌های جیوه در ظرف نور ساطع شده توسط اتم‌های جیوه در لامپ را جذب می‌کنند.

نور از منابع دیگر، مانند لامپ نئون، بدون آسیب از بخار جیوه عبور می کند. اتم های جیوه حتی به آن توجه نخواهند کرد. آن قسمت از نور لامپ جیوه ای که با تغییر طول موج در کوارتز پراکنده شده است نیز جذب نخواهد شد.

ماندلشتام و لندسبرگ از این موقعیت مناسب استفاده کردند.

کشف شگفت انگیز

در سال 1927، آزمایش های تعیین کننده آغاز شد. دانشمندان یک کریستال کوارتز را با نور یک لامپ جیوه ای روشن کردند و نتایج را پردازش کردند. و... تعجب کردند.

نتایج آزمایش غیرمنتظره و غیرمعمول بود. آنچه دانشمندان کشف کردند اصلاً آن چیزی نبود که آنها انتظار داشتند، نه آن چیزی که توسط تئوری پیش بینی شده بود. آنها یک پدیده کاملاً جدید را کشف کردند. اما کدام یک؟ و آیا این یک اشتباه نیست؟ نور پراکنده فرکانس های مورد انتظار را نشان نداد، بلکه فرکانس های بسیار بالاتر و پایین تر را نشان داد. ترکیب کاملی از فرکانس‌ها در طیف نور پراکنده ظاهر شد که در فرود نور روی کوارتز وجود نداشت. توضیح ظاهر آنها با ناهمگنی های نوری در کوارتز به سادگی غیرممکن بود.

بررسی کامل شروع شد. آزمایش ها بدون نقص انجام شد. آنها آنقدر شوخ، کامل و مبتکر تصور می شدند که نمی توان آنها را تحسین کرد.

"لئونید ایزاکوویچ گاهی اوقات مشکلات فنی بسیار دشوار را به قدری زیبا و گاهی درخشان حل می کرد که هر یک از ما ناخواسته این سؤال را می پرسیدیم: "چرا قبلاً این اتفاق برای من نیفتاده است؟" - می گوید یکی از کارمندان.

آزمایش‌های کنترلی مختلف به طور مداوم تأیید کردند که هیچ خطایی وجود ندارد. در عکس‌هایی از طیف نور پراکنده، خطوط ضعیف و در عین حال کاملاً واضح به طور مداوم ظاهر می‌شوند که نشان‌دهنده وجود فرکانس‌های «اضافی» در نور پراکنده است.

ماه هاست که دانشمندان به دنبال توضیحی برای این پدیده بوده اند. فرکانس‌های «بیگانه» در نور پراکنده کجا ظاهر شدند؟!

و روزی فرا رسید که ماندلشتام تحت تأثیر یک حدس شگفت انگیز قرار گرفت. این یک کشف شگفت انگیز بود، همان کشفی که اکنون یکی از مهم ترین اکتشافات قرن بیستم به حساب می آید.

اما ماندلشتام و لندسبرگ هر دو به اتفاق آرا به این نتیجه رسیدند که این کشف تنها پس از یک بررسی محکم و پس از نفوذ کامل به اعماق پدیده می تواند منتشر شود. آزمایشات نهایی آغاز شده است.

با کمک خورشید

در 16 فوریه، دانشمندان هندی C.N. رامان و ک.س. کریشنان تلگرافی از کلکته برای این مجله ارسال کرد و شرح مختصری از کشف آنها داشت.

در آن سال‌ها نامه‌هایی از سراسر جهان درباره اکتشافات مختلف به مجله نیچر سرازیر می‌شد. اما قرار نیست هر پیامی باعث ایجاد هیجان در بین دانشمندان شود. وقتی موضوع نامه دانشمندان هندی مطرح شد، فیزیکدانان بسیار هیجان زده شدند. عنوان یادداشت به تنهایی - "نوع جدیدی از تشعشعات ثانویه" - علاقه را برانگیخت. به هر حال، اپتیک یکی از قدیمی ترین علوم است که در قرن بیستم اغلب امکان کشف چیزی ناشناخته در آن وجود نداشت.

می توان تصور کرد که فیزیکدانان سراسر جهان با چه علاقه ای در انتظار نامه های جدید از کلکته بودند.

علاقه آنها تا حد زیادی توسط شخصیت یکی از نویسندگان این کشف، رامان، تقویت شد. این مردی با سرنوشت کنجکاو و بیوگرافی خارق العاده ای است که بسیار شبیه زندگی انیشتین است. انیشتین در جوانی یک معلم ساده ژیمناستیک و سپس کارمند اداره ثبت اختراعات بود. در این دوره بود که شاخص ترین آثار خود را تکمیل کرد. رامان، یک فیزیکدان برجسته، همچنین پس از فارغ التحصیلی از دانشگاه، مجبور شد به مدت ده سال در بخش مالی خدمت کند و تنها پس از آن به بخش دانشگاه کلکته دعوت شد. رامان به زودی رئیس مکتب فیزیکدانان هند شد.

اندکی قبل از وقایع توصیف شده، رامان و کریشنان به یک کار کنجکاو علاقه مند شدند. در آن زمان، شور و شوق ناشی از کشف فیزیکدان آمریکایی، کامپتون، در سال 1923، که در حین مطالعه عبور پرتوهای ایکس از ماده، متوجه شد که برخی از این پرتوها که از جهت اصلی به طرفین پراکنده می شوند، طول موج خود را افزایش می دهند. ، هنوز فروکش نکرده بود. با ترجمه به زبان اپتیک، می توان گفت که اشعه ایکس با برخورد با مولکول های یک ماده، "رنگ" خود را تغییر داد.

این پدیده به راحتی توسط قوانین توضیح داده شد فیزیک کوانتوم. بنابراین، کشف کامپتون یکی از شواهد قاطع صحت نظریه کوانتومی جوان بود.

ما تصمیم گرفتیم چیزی مشابه را امتحان کنیم، اما در اپتیک. توسط دانشمندان هندی کشف شد. آنها می خواستند نور را از یک ماده عبور دهند و ببینند پرتوهای آن چگونه روی مولکول های ماده پراکنده می شود و آیا طول موج آنها تغییر می کند یا خیر.

همانطور که می بینید، خواسته یا ناخواسته، دانشمندان هندی همان وظیفه دانشمندان شوروی را بر عهده گرفته اند. اما اهداف آنها متفاوت بود. در کلکته به دنبال تشبیه نوری اثر کامپتون بودند. در مسکو - تایید تجربی پیش بینی ماندلشتام در مورد تغییر فرکانس زمانی که نور توسط ناهمگنی های نوسانی پراکنده می شود.

رامان و کریشنان آزمایش پیچیده ای را طراحی کردند زیرا اثر مورد انتظار بسیار کم بود. این آزمایش به یک منبع نور بسیار روشن نیاز داشت. و سپس آنها تصمیم گرفتند از خورشید استفاده کنند و پرتوهای آن را با استفاده از تلسکوپ جمع آوری کنند.

قطر عدسی آن هجده سانتی متر بود. محققان نور جمع آوری شده را از طریق یک منشور به داخل ظروف حاوی مایعات و گازهایی هدایت کردند که کاملاً از گرد و غبار و سایر آلاینده ها پاک شده بودند.

اما برای تشخیص گسترش طول موج کوچک مورد انتظار نور پراکنده با استفاده از رنگ سفید نور خورشید، که شامل تقریباً تمام طول موج های ممکن بود، ناامیدکننده بود. بنابراین، دانشمندان تصمیم گرفتند از فیلترهای نور استفاده کنند. آنها یک فیلتر آبی-بنفش را جلوی لنز قرار دادند و نور پراکنده شده را از طریق یک فیلتر زرد-سبز مشاهده کردند. آنها به درستی تصمیم گرفتند که فیلتر اولی که عبور می دهد در فیلتر دوم گیر می کند. از این گذشته، فیلتر زرد-سبز پرتوهای آبی-بنفش منتقل شده توسط فیلتر اول را جذب می کند. و هر دو، پشت سر هم قرار می گیرند، باید تمام نور فرودی را جذب کنند. اگر برخی از پرتوها به چشم ناظر بیفتند، می توان با اطمینان گفت که آنها در نور فرودی نبوده اند، بلکه در ماده مورد مطالعه متولد شده اند.

کلمب

در واقع، در نور پراکنده، رامان و کریشنان پرتوهایی را که از فیلتر دوم عبور می کردند، تشخیص دادند. آنها فرکانس های اضافی را ضبط کردند. این در اصل می تواند اثر کامپتون نوری باشد. یعنی هنگامی که نور آبی-بنفش بر روی مولکول های ماده ای که در رگ ها قرار دارد پراکنده می شود، می تواند رنگ خود را تغییر داده و به زرد-سبز تبدیل شود. اما این هنوز نیاز به اثبات داشت. ممکن است دلایل دیگری نیز وجود داشته باشد که باعث می شود نور زرد-سبز ظاهر شود. به عنوان مثال، می تواند در نتیجه درخشندگی ظاهر شود - درخشش ضعیفی که اغلب در مایعات و جامدات تحت تأثیر نور، گرما و علل دیگر ظاهر می شود. بدیهی است که یک چیز وجود داشت - این نور دوباره متولد شد، آن را در نور در حال سقوط قرار نداشت.

دانشمندان آزمایش خود را با شش مورد تکرار کردند مایعات مختلفو دو نوع بخار. آنها متقاعد شده بودند که نه لومینسانس و نه دلایل دیگر در اینجا نقشی ندارند.

این واقعیت که طول موج نور مرئی هنگامی که در ماده پراکنده می شود افزایش می یابد، برای رامان و کریشنان ثابت شد. به نظر می رسید که جستجوی آنها با موفقیت همراه بود. آنها یک آنالوگ نوری از اثر کامپتون را کشف کردند.

اما برای اینکه آزمایش‌ها شکل تمام‌شده‌ای داشته باشند و نتیجه‌گیری‌ها به اندازه کافی قانع‌کننده باشند، لازم بود یک بخش دیگر از کار انجام شود. برای تشخیص تغییر در طول موج کافی نبود. اندازه گیری بزرگی این تغییر ضروری بود. اولین مرحله توسط یک فیلتر نور کمک شد. او در انجام دومی ناتوان بود. در اینجا دانشمندان به یک طیف سنجی نیاز داشتند - دستگاهی که به آنها اجازه می دهد طول موج نور مورد مطالعه را اندازه گیری کنند.

و محققان بخش دوم را آغاز کردند که کمتر پیچیده و پر دردسر نبود. اما او همچنین انتظارات آنها را برآورده کرد. نتایج مجدداً نتایج بخش اول کار را تأیید کرد. با این حال، طول موج به طور غیرمنتظره ای بزرگ بود. خیلی بیشتر از حد انتظار. این موضوع باعث ناراحتی محققان نشد.

چگونه می توان کلمب را در اینجا به یاد نیاورد؟ او به دنبال یافتن مسیر دریایی به هند بود و با دیدن خشکی شکی نداشت که به هدف خود رسیده است. آیا او دلیلی داشت که با دیدن ساکنان سرخ و طبیعت ناآشنا دنیای جدید به اعتماد خود شک کند؟

آیا این درست نیست که رامان و کریشنان در تلاش برای کشف اثر کامپتون در نور مرئی، فکر می کردند با بررسی نوری که از مایعات و گازهایشان می گذرد آن را یافته اند؟! آیا وقتی اندازه‌گیری‌ها تغییر غیرمنتظره‌ای بزرگ‌تر در طول موج پرتوهای پراکنده نشان می‌دهد، شک داشتند؟ آنها از کشف خود چه نتیجه ای گرفتند؟

به گفته دانشمندان هندی، آنها آنچه را که به دنبالش بودند، پیدا کردند. در 23 مارس 1928، تلگرامی با مقاله ای تحت عنوان "قیاس نوری اثر کامپتون" به لندن پرواز کرد. دانشمندان نوشتند: "بنابراین، تشابه نوری اثر کامپتون واضح است، با این تفاوت که ما با تغییر در طول موج بسیار بزرگتر سر و کار داریم..." توجه: "بسیار بزرگتر..."

رقص اتم ها

کار رامان و کریشنان با تشویق دانشمندان روبرو شد. همه به درستی هنر تجربی آنها را تحسین کردند. برای این کشف، رامان در سال 1930 جایزه نوبل را دریافت کرد.

ضمیمه نامه دانشمندان هندی عکسی از این طیف بود که روی آن خطوطی که فرکانس نور فرودی و نور پراکنده شده بر روی مولکول های ماده را نشان می دهد جای خود را گرفتند. این عکس، به گفته رامان و کریشنان، کشف آنها را واضح‌تر از همیشه نشان می‌دهد.

وقتی ماندلشتام و لندسبرگ به این عکس نگاه کردند، یک کپی تقریباً دقیق از عکسی که دریافت کرده بودند را دیدند! اما پس از آشنایی با توضیحات او، بلافاصله متوجه شدند که رامان و کریشنان اشتباه کرده اند.

نه، دانشمندان هندی اثر کامپتون را کشف نکردند، بلکه پدیده ای کاملاً متفاوت است، همان پدیده ای که دانشمندان شوروی سال ها در حال مطالعه آن بودند...

در حالی که هیجان ناشی از کشف دانشمندان هندی در حال افزایش بود، ماندلشتام و لندسبرگ در حال پایان دادن به آزمایشات کنترلی و جمع بندی نتایج قطعی نهایی بودند.

و بنابراین در 6 می 1928 مقاله ای را برای چاپ فرستادند. عکسی از طیف به مقاله پیوست شد.

پژوهشگران با تشریح مختصر تاریخچه موضوع، ارائه کردند تفسیر دقیقپدیده ای که آنها کشف کردند

پس این چه پدیده ای بود که باعث شد بسیاری از دانشمندان عذاب بکشند و مغزشان را به هم بزنند؟

شهود عمیق و ذهن تحلیلی روشن ماندلشتام بلافاصله به دانشمند گفت که تغییرات شناسایی شده در فرکانس نور پراکنده نمی تواند توسط نیروهای بین مولکولی ایجاد شود که تکرارهای تصادفی چگالی هوا را برابر می کند. برای دانشمند روشن شد که دلیل بدون شک درون مولکول های خود ماده نهفته است، که این پدیده ناشی از ارتعاشات درون مولکولی اتم هایی است که مولکول را تشکیل می دهند.

چنین نوساناتی با فرکانس بسیار بالاتری نسبت به نوساناتی که با تشکیل و جذب ناهمگنی های تصادفی در محیط همراه است، رخ می دهد. این ارتعاشات اتم ها در مولکول ها هستند که بر نور پراکنده تأثیر می گذارند. به نظر می رسد اتم ها آن را علامت گذاری می کنند، آثار خود را روی آن به جا می گذارند و آن را با فرکانس های اضافی رمزگذاری می کنند.

این یک حدس زیبا بود، یک تهاجم متهورانه به اندیشه بشری فراتر از حصار قلعه کوچک طبیعت - مولکول. و این شناسایی اطلاعات ارزشمندی در مورد ساختار داخلی آن به ارمغان آورد.

دست در دست

بنابراین، هنگام تلاش برای تشخیص یک تغییر کوچک در فرکانس نور پراکنده ناشی از نیروهای بین مولکولی، تغییر بزرگتری در فرکانس ناشی از نیروهای درون مولکولی کشف شد.

بنابراین، برای توضیح پدیده جدید، که "پراکندگی نور رامان" نامیده می شد، کافی بود نظریه پراکندگی مولکولی ایجاد شده توسط ماندلشتام را با داده هایی در مورد تأثیر ارتعاشات اتم ها در داخل مولکول ها تکمیل کنیم. این پدیده جدید در نتیجه توسعه ایده ماندلشتام که توسط او در سال 1918 تدوین شده بود، کشف شد.

بله، بدون دلیل نیست، همانطور که Academician S.I. گفت. واویلوف ، "طبیعت به لئونید ایزاکوویچ یک ذهن کاملاً غیر معمول ، بینش و ظریف هدیه داد ، که بلافاصله متوجه اصلی ترین چیزی شد که اکثریت بی تفاوت از کنار آن گذشتند. اینگونه بود که جوهر نوسانی پراکندگی نور درک شد و اینگونه بود که ایده تغییر در طیف در حین پراکندگی نور ظاهر شد که مبنایی برای کشف پراکندگی رامان شد.

متعاقباً از این اکتشاف فواید بسیار زیادی حاصل شد و کاربرد عملی ارزشمندی دریافت کرد.

در لحظه کشف، به نظر می‌رسید که این فقط ارزشمندترین کمک به علم بود.

رامان و کریشن چطور؟ واکنش آنها به کشف دانشمندان شوروی و همچنین آنها چگونه بود؟ آیا آنها متوجه شدند که چه چیزی کشف کرده بودند؟

پاسخ به این سؤالات در نامه زیر از رامان و کریشنان آمده است که 9 روز پس از انتشار مقاله توسط دانشمندان شوروی برای مطبوعات ارسال شده است. بله، آنها متوجه شدند که پدیده ای که مشاهده کردند، اثر کامپتون نیست. این پراکندگی نور رامان است.

پس از انتشار نامه های رامان و کریشنان و مقالات ماندلشتام و لندسبرگ، برای دانشمندان سراسر جهان روشن شد که همین پدیده به طور مستقل و تقریباً همزمان در مسکو و کلکته ساخته و مطالعه شده است. اما فیزیکدانان مسکو آن را در بلورهای کوارتز و فیزیکدانان هندی آن را در مایعات و گازها مطالعه کردند.

و این توازی البته تصادفی نبود. او در مورد ارتباط این مشکل و اهمیت علمی بزرگ آن صحبت می کند. جای تعجب نیست که نتایج نزدیک به نتیجه گیری ماندلشتام و رامان در پایان آوریل 1928 نیز به طور مستقل توسط دانشمندان فرانسوی روکار و کابان به دست آمد. پس از مدتی، دانشمندان به یاد آوردند که در سال 1923، فیزیکدان چک اسمکال به طور نظری همان پدیده را پیش بینی کرد. به دنبال کار اسمکال، تحقیقات نظری کرامرز، هایزنبرگ و شرودینگر ظاهر شد.

ظاهراً تنها فقدان اطلاعات علمی می تواند این واقعیت را توضیح دهد که دانشمندان بسیاری از کشورها بدون اطلاع از آن روی حل یک مشکل مشابه کار می کردند.

سی و هفت سال بعد

تحقیقات رامان نه تنها فصل جدیدی را در علم نور گشود. در همان زمان دادند سلاح قدرتمندفن آوری. صنعت دریافت کرد راه عالیمطالعه خواص ماده

به هر حال، فرکانس‌های پراکندگی رامان نور، نقش‌هایی هستند که توسط مولکول‌های محیطی که نور را پراکنده می‌کنند، روی نور قرار می‌گیرند. و این آثار در مواد مختلف یکسان نیستند. این همان چیزی است که به ماندلشتام آکادمیک این حق را داد که پراکندگی نور رامان را «زبان مولکول‌ها» بنامد. برای کسانی که می توانند رد مولکول ها را بر روی پرتوهای نور بخوانند و ترکیب نور پراکنده را تعیین کنند، مولکول ها با استفاده از این زبان، در مورد اسرار ساختار خود خواهند گفت.

در نگاتیو یک عکس طیف رامان چیزی جز خطوط سیاهی متفاوت وجود ندارد. اما از روی این عکس، یک متخصص فرکانس ارتعاشات درون مولکولی را که در نور پراکنده پس از عبور از ماده ظاهر می شود، محاسبه می کند. این عکس به شما در مورد بسیاری از جنبه های ناشناخته می گوید زندگی درونیمولکول ها: در مورد ساختار آنها، در مورد نیروهایی که اتم ها را به مولکول ها متصل می کنند، در مورد حرکات نسبی اتم ها. با یادگیری رمزگشایی طیف‌نگارهای رامان، فیزیکدانان یاد گرفتند که «زبان نوری» عجیبی را که مولکول‌ها با آن درباره خودشان می‌گویند، درک کنند. بنابراین کشف جدید به ما اجازه داد تا به عمق بیشتری نفوذ کنیم ساختار داخلیمولکول ها.

امروزه فیزیکدانان از پراکندگی رامان برای مطالعه ساختار مایعات، کریستال ها و مواد شیشه ای استفاده می کنند. شیمیدانان از این روش برای تعیین ساختار ترکیبات مختلف استفاده می کنند.

روش‌هایی برای مطالعه ماده با استفاده از پدیده پراکندگی رامان توسط کارکنان آزمایشگاه موسسه فیزیکی P.N. آکادمی علوم لبدف اتحاد جماهیر شوروی که توسط آکادمیسین لندسبرگ اداره می شد.

این روش‌ها در آزمایشگاه کارخانه امکان انجام سریع و دقیق آنالیزهای کمی و کیفی بنزین هوانوردی، محصولات کراکینگ، فرآورده‌های نفتی و بسیاری دیگر از مایعات آلی پیچیده را می‌دهند. برای این کار کافی است ماده مورد مطالعه را روشن کرده و با استفاده از طیف نگار ترکیب نور پراکنده شده توسط آن را مشخص کنیم. خیلی ساده به نظر می رسد. اما قبل از اینکه این روش واقعا راحت و سریع باشد، دانشمندان مجبور بودند برای ایجاد تجهیزات دقیق و حساس تلاش زیادی کنند. و به همین دلیل.

از جانب تعداد کلاز انرژی نوری وارد شده به ماده مورد مطالعه، تنها بخش ناچیزی - تقریباً یک ده میلیاردم - سهم نور پراکنده را تشکیل می دهد. و پراکندگی رامان به ندرت حتی دو یا سه درصد از این مقدار را تشکیل می دهد. ظاهراً به همین دلیل است که خود پراکندگی رامان برای مدت طولانی مورد توجه قرار نگرفته است. جای تعجب نیست که گرفتن اولین عکس های رامان نیازمند نوردهی ده ها ساعتی بود.

تجهیزات مدرن ایجاد شده در کشور ما این امکان را فراهم می کند که طیف ترکیبی از مواد خالص را در عرض چند دقیقه و گاهی اوقات چند ثانیه بدست آوریم! حتی برای تجزیه و تحلیل مخلوط‌های پیچیده، که در آن مواد منفرد به مقدار چند درصد وجود دارند، معمولاً زمان نوردهی بیش از یک ساعت کافی نیست.

سی و هفت سال از کشف، رمزگشایی و درک زبان مولکول های ثبت شده در صفحات عکاسی توسط ماندلشتام و لندسبرگ، رامان و کریشنان می گذرد. از آن زمان، کار سختی در سرتاسر جهان برای تدوین «فرهنگ لغت» زبان مولکول‌ها، که بینایی‌شناسان آن را فهرستی از فرکانس‌های رامان می‌نامند، در جریان است. هنگامی که چنین فهرستی جمع آوری می شود، رمزگشایی طیف نگارها بسیار تسهیل می شود و پراکندگی رامان حتی بیشتر در خدمت علم و صنعت قرار می گیرد.

چرا آسمان آبی است چرا خورشید زرد است؟ این سؤالات، بسیار طبیعی، از زمان های قدیم برای انسان مطرح بوده است. اما برای دستیابی به توضیح صحیح از این پدیده ها، تلاش دانشمندان برجسته قرون وسطی و بعد از آن تا اواخر نوزدهم V.

چه فرضیه هایی وجود داشت؟ چه فرضیه هایی در آن مطرح نشده است زمان متفاوتبرای توضیح رنگ آسمان فرضیه اول، لئوناردو داوینچی با مشاهده اینکه چگونه دود در پس زمینه یک شومینه تیره رنگی مایل به آبی پیدا می کند، نوشت: ... روشنایی بیش از تاریکی آبی می شود، هر چه نور و تاریکی زیباتر باشد دیدگاهی که نه تنها یک شاعر مشهور جهان، بلکه بزرگترین دانشمند علوم طبیعی زمان خود بود، اما این توضیح در مورد رنگ آسمان غیرقابل دفاع بود، زیرا، همانطور که بعداً مشخص شد، ترکیب سیاه و سفید بود. فقط می تواند تن های خاکستری بدهد، نه رنگی. رنگ آبیدود ناشی از شومینه توسط یک فرآیند کاملا متفاوت ایجاد می شود.

چه فرضیه هایی وجود داشت؟ فرضیه 2 پس از کشف تداخل، به ویژه در لایه های نازک، نیوتن سعی کرد تداخل را برای توضیح رنگ آسمان اعمال کند. برای انجام این کار، او باید فرض می‌کرد که قطرات آب مانند حباب‌های صابون شکل حباب‌هایی با دیواره نازک دارند. اما از آنجایی که قطرات آب موجود در جو در واقع کره هستند، این فرضیه به زودی مانند حباب صابون ترکید.

چه فرضیه هایی وجود داشت؟ 3 فرضیه دانشمندان قرن 18. ماریوت، بوگر، اویلر فکر می کردند که رنگ آبی آسمان با رنگ خود توضیح داده می شود. اجزاءهوا این توضیح حتی بعداً تأیید شد، در قرن نوزدهم، زمانی که مشخص شد اکسیژن مایع آبی و ازن مایع آبی است. O.B. Sosure به توضیح صحیح رنگ آسمان نزدیک شد. او معتقد بود که اگر هوا کاملاً خالص بود، آسمان سیاه می شد، اما هوا حاوی ناخالصی هایی است که عمدتاً رنگ آبی را منعکس می کند (به ویژه بخار آب و قطرات آب).

نتایج مطالعه: اولین کسی است که باریک و سختگیر ایجاد کرد نظریه ریاضیریلی دانشمند انگلیسی، پراکندگی مولکولی نور در جو بود. او معتقد بود که پراکندگی نور بر روی ناخالصی ها، همانطور که پیشینیانش فکر می کردند، اتفاق نمی افتد، بلکه بر روی خود مولکول های هوا رخ می دهد. برای توضیح رنگ آسمان، تنها یکی از نتیجه‌گیری‌های نظریه ریلی را ارائه می‌کنیم:

نتایج مطالعه: رنگ مخلوط پرتوهای پراکنده آبی خواهد بود. روشنایی یا شدت نور پراکنده به نسبت معکوس قدرت چهارم طول موج نوری که روی ذره پراکنده می‌افتد، متفاوت است. بنابراین، پراکندگی مولکولی به کوچکترین تغییر در طول موج نور بسیار حساس است. برای مثال، طول موج پرتوهای بنفش (0.4 میکرومتر) تقریباً نصف طول موج پرتوهای قرمز (0.8 میکرومتر) است. بنابراین، پرتوهای بنفش 16 برابر شدیدتر از قرمز پراکنده می شوند و با شدت یکسان پرتوهای فرودی، 16 برابر بیشتر از آنها در نور پراکنده پراکنده می شوند. تمام پرتوهای رنگی دیگر طیف مرئی (آبی، فیروزه‌ای، سبز، زرد، نارنجی) به مقدار معکوس متناسب با توان چهارم طول موج هر یک از آنها در نور پراکنده قرار می‌گیرند. اگر اکنون تمام پرتوهای رنگی پراکنده در این نسبت مخلوط شوند، رنگ مخلوط پرتوهای پراکنده آبی خواهد بود.

ادبیات: S.V. زوروا در دنیای نور خورشید، 1988

زیبایی آسمان بیش از یک بار توسط هنرمندان به تصویر کشیده شده است که توسط نویسندگان و شاعران توصیف شده است، حتی افرادی که از هنر بسیار دور هستند به این ورطه فریبنده خیره می شوند، آن را تحسین می کنند و نه کلماتی پیدا می کنند و نه احساسات کافی برای بیان آن احساساتی که برانگیخته می شود. روح و ذهن ارتفاعات در هر نقشی فرد را به خود جذب می کنند، با سطح آبی کریستالی خود زیبا است، جریان های جوشان ابرهای خاکستری سفید آن کمتر از جذابیت برخوردار نیستند، که با اجزای نور ابرهای سیروس یا "بره های کومولوس" سرسبز جایگزین شده اند. و مهم نیست که چقدر مالیخولیایی به نظر می رسد آسمان ابریژرفای خود را فراگرفته و تمام جرم خود را کر کننده و فشار می آورد، همچنین طوفانی از احساسات و تجربیات را به وجود می آورد و افکار را به موجی خاص می رساند.

زیبایی را بیننده می بیند

هر فردی دنیا را متفاوت می بیند. برای برخی، تاریک و خاکستری است، در حالی که دیگران، برعکس، فقط یک سیاره سبز و پر از رنگ را می بینند. ما همچنین آسمان های بالای سرمان را متفاوت ارزیابی می کنیم. اگر فردی را با درک رنگ معمولی در نظر بگیریم، آنگاه او آسمان را همانطور که معمولاً در نظر گرفته می شود - آبی، خاکستری، صورتی در غروب آفتاب، خاکستری دودی در سپیده دم می بیند.

در واقع این رنگ ها تنها چیزی هستند که چشم و مغز ما قادر به انتقال آن به ما است. برای چشمان انسان راحت‌تر است که آسمان ابری را خاکستری درک کند. در هوای صاف، ما لاجوردی بی‌پایانی بالای سر داریم، اما در واقع گنبد جوی وقتی از زمین به آن بنفش نگاه می‌شود، نزدیک‌تر است.

در این نشریه خواهیم فهمید که چرا آسمان در یک روز ابری خاکستری است و چه چیزی اشباع این رنگ را تعیین می کند، همچنین خواهیم فهمید که چگونه رنگ آن در طول روز و سال تغییر می کند و چه چیزی بر این فرآیندها تأثیر می گذارد.

اقیانوس بی ته بالا

بالای قلمرو کشورهای اروپاییآسمان در فصل گرم معمولاً با غنای خود شگفت زده می شود. با این حال، اگر حداقل یک روز را به اتفاقاتی که بالای سر ما می گذرد اختصاص دهید و فرآیندهای طبیعی را با دقت مشاهده کنید، متوجه یک درجه بندی رنگ خواهید شد که از لحظه طلوع خورشید تا لحظه غروب کامل آن بسیار تغییر می کند.

در تابستان، آسمان به دلیل رطوبت کم و عدم وجود تعداد زیادی ابر که با جمع شدن آب، به تدریج به زمین نزدیکتر می شوند، بسیار صاف و از نظر بصری بلند به نظر می رسد. در هوای صاف، نگاه ما حتی صدها متر جلوتر نگاه نمی کند، بلکه در فاصله 1-1.5 کیلومتری است. به همین دلیل است که ما آسمان را بلند و روشن درک می کنیم - عدم تداخل در مسیر پرتوهای نور در جو باعث می شود که آنها شکست نخورند و چشم ها رنگ آن را آبی درک می کنند.

چرا رنگ آسمان عوض می شود

این تغییر توسط علم توصیف شده است، اگرچه نه به زیبایی توسط نویسندگان، و تابش پراکنده آسمان نامیده می شود. با صحبت کردن به زبانی ساده و در دسترس برای خواننده، فرآیندهای تشکیل رنگ در آسمان ها را می توان به شرح زیر توضیح داد. نوری که خورشید ساطع می کند از لایه هوای اطراف زمین عبور می کند و آن را پراکنده می کند. این فرآیند به سادگی با امواج کوتاه انجام می شود. در طول حداکثر صعود جسم آسمانی بر فراز سیاره ما، در نقطه ای که خارج از جهت آن قرار دارد، درخشان ترین و اشباع ترین رنگ آبی مشاهده خواهد شد.

با این حال، هنگامی که خورشید غروب می کند یا طلوع می کند، پرتوهای آن به طور مماس به سطح زمین می گذرد، نور ساطع شده از آنها باید مسیر طولانی تری را طی کند، به این معنی که آنها به میزان بسیار بیشتری نسبت به روز در هوا پراکنده می شوند. در نتیجه، فرد در صبح و عصر آسمان را به رنگ های صورتی و قرمز درک می کند. این پدیده زمانی بیشتر قابل مشاهده است که آسمان ابری بالای سر ما باشد. ابرها و ابرها پس از آن بسیار روشن می شوند، درخشش غروب خورشید آنها را خیره کننده رنگ می کند

استورم استیل

اما آسمان ابری چیست؟ چرا اینجوری میشه این پدیده یکی از حلقه های چرخه آب طبیعت است. ذرات آب که به صورت بخار به سمت بالا می روند، با دمای کمتری وارد لایه اتمسفر می شوند. انباشته شدن و خنک شدن روشن ارتفاع بالا، آنها با یکدیگر متصل می شوند و به قطره تبدیل می شوند. در آن لحظه که این ذرات هنوز بسیار کوچک هستند، ابرهای کومولوس سفید زیبایی در چشمان ما ظاهر می شوند. با این حال، هر چه قطرات بزرگتر شوند، رنگ خاکستری در ابرها بیشتر می شود.

گاهی اوقات با نگاه کردن به آسمانی که این "بره های" عظیم الجثه در آن شنا می کنند، می توان متوجه شد که بخشی از آنها رنگی است. رنگ خاکستری، برخی دیگر حتی رنگ رعد و برق فولادی به خود می گیرند. این دگرگونی با این واقعیت توضیح داده می شود که قطرات در ابرها اندازه ها و شکل های متفاوتی دارند و بنابراین نور را به طور متفاوتی می شکنند. وقتی آسمان کاملاً ابری است، تماماً با رنگ های خاکستری موسی رنگ آمیزی می شود، فقط نور سفید به ما می رسد.

فضاهای دودآلود وسیع

روزهایی است که آسمان ابری خاکستری یک بار صافی ندارد. این زمانی اتفاق می افتد که غلظت ابرها و ابرها بسیار زیاد است، آنها کل فضای بصری بالا را در بر می گیرند. گاهی اوقات آنها به عنوان یک توده فشار عظیم درک می شوند که آماده فرو ریختن روی سر شما هستند. علاوه بر این، این پدیده بیشتر در پاییز و زمستان نشان داده می شود، زمانی که دمای هوا پایین است، اما برعکس، رطوبت بالا است و در سطح 80-90٪ است.

در چنین روزهایی، ابرها بسیار نزدیک به سطح زمین هستند. توصیف یک آسمان ابری اغلب دارای نت های مالیخولیایی و افسردگی است، و این به احتمال زیاد دقیقاً با آن احساساتی مرتبط است که وقتی با این غول پیکر غم انگیز احساس تنهایی می کنید، آماده است تا با باران و سرما بر شما بیفتد.

اما همه چیز می توانست متفاوت باشد...

آهنگ هایی که آسمان در آن می نوازد به شدت تابش نور و طول موجی که به سیاره می رسد بستگی دارد، بنابراین در زمستان، حتی در روزهای صاف، آبی مایل به آبی است. اما هر چه بهار نزدیک‌تر باشد و خورشید بالاتر باشد، آبی آن روشن‌تر می‌شود، مخصوصاً در روزهایی که مه از بین می‌رود. لایه های بالاییجوی که نور را منحرف می کند.

دانشمندان دریافته‌اند که در سیارات دیگر آسمان ممکن است رنگ‌های آبی و آبی را که ما به آن عادت کرده‌ایم نداشته باشد. رنگ های خاکستریمثلاً در مریخ حتی در اوج نور روز هم صورتی است.

توضیح ساده

بهشت چیست؟

آسمان بی نهایت است. برای هر ملتی، آسمان نماد پاکی است، زیرا اعتقاد بر این است که خود خدا در آنجا زندگی می کند. مردم، رو به آسمان، درخواست باران می کنند، یا برعکس برای خورشید. یعنی آسمان فقط هوا نیست، آسمان نماد پاکی و معصومیت است.

آسمان -فقط هوا است، آن هوای معمولی که هر ثانیه تنفس می کنیم، که نمی توان آن را دید یا لمس کرد، زیرا شفاف و بی وزن است. اما ما هوای شفاف تنفس می کنیم، چرا بالای سرمان به رنگ آبی تبدیل می شود؟ هوا حاوی عناصر مختلفی است: نیتروژن، اکسیژن، دی اکسید کربن، بخار آب و ذرات گرد و غبار مختلف که دائماً در حرکت هستند.

از دیدگاه فیزیک

در عمل، همانطور که فیزیکدانان می گویند، آسمان فقط توسط پرتوهای خورشید رنگ آمیزی شده است. به بیان ساده، خورشید به زمین می تابد، اما برای این کار پرتوهای خورشید باید از لایه عظیمی از هوا عبور کنند که به معنای واقعی کلمه زمین را در بر می گیرد. و درست مثل پرتوی از آفتاب که رنگهای زیادی دارد، یا بهتر است بگوییم هفت رنگ رنگین کمان. برای کسانی که نمی دانند، لازم به یادآوری است که هفت رنگ رنگین کمان قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی، بنفش است.

علاوه بر این، هر پرتو همه این رنگ ها را دارد و هنگام عبور از این لایه هوا، رنگ های مختلف رنگین کمان را در همه جهات می پاشد، اما شدیدترین پراکندگی رنگ آبی رخ می دهد که به دلیل آن آسمان رنگ آبی به خود می گیرد. برای توصیف کوتاه آن، آسمان آبی پاشش هایی است که توسط پرتویی به این رنگ ایجاد می شود.

و روی ماه

جو وجود ندارد و بنابراین آسمان روی ماه آبی نیست، بلکه سیاه است. فضانوردانی که به مدار می روند می بینند آسمان سیاه سیاه، که در آن سیارات و ستاره ها می درخشند. البته، آسمان روی ماه بسیار زیبا به نظر می رسد، اما شما هنوز هم نمی خواهید آسمان سیاهی را بالای سر خود ببینید.

آسمان تغییر رنگ می دهد

آسمان همیشه آبی نیست بلکه تمایل به تغییر رنگ دارد. احتمالاً همه متوجه شده اند که گاهی اوقات سفید است، گاهی اوقات آبی مایل به سیاه... چرا اینطور است؟ به عنوان مثال، در شب، زمانی که خورشید پرتوهای خود را نمی فرستد، ما آسمان را آبی نمی بینیم، جو برای ما شفاف به نظر می رسد. و از طریق هوای شفاف، شخص می تواند سیارات و ستاره ها را ببیند. و در طول روز، رنگ آبی دوباره به طور قابل اعتماد فضای مرموز را از چشمان کنجکاو پنهان می کند.

فرضیه های مختلف چرا آسمان آبی است؟ (فرضیه های گوته، نیوتن، دانشمندان قرن 18، ریلی)

انواع و اقسام فرضیه ها در زمان های مختلف برای توضیح رنگ آسمان مطرح شده است. لئوناردو داوینچی با مشاهده اینکه چگونه دود در پس زمینه یک شومینه تیره رنگ آبی به خود می گیرد، نوشت: "... نور از تاریکی آبی می شود، هرچه زیباتر باشد، نور و تاریکی تقریباً عالی تر است." همین دیدگاه گوته، که نه تنها یک شاعر مشهور جهان، بلکه بزرگترین دانشمند طبیعی زمان خود بود. با این حال، این توضیح در مورد رنگ آسمان غیرقابل دفاع بود، زیرا همانطور که بعداً مشخص شد، مخلوط کردن سیاه و سفید فقط می تواند رنگ های خاکستری ایجاد کند، نه رنگی. رنگ آبی دود شومینه در اثر فرآیندی کاملا متفاوت ایجاد می شود.

پس از کشف تداخل، به ویژه در لایه های نازک، نیوتنسعی کرد برای توضیح رنگ آسمان تداخل اعمال کند. برای انجام این کار، او باید فرض می‌کرد که قطرات آب مانند حباب‌های صابون شکل حباب‌هایی با دیواره نازک دارند. اما از آنجایی که قطرات آب موجود در اتمسفر در واقع کره هستند، این فرضیه به زودی مانند حباب صابون "می ترکید".

دانشمندان قرن 18 ماریوت، بوگر، اویلرآنها فکر می کردند که رنگ آبی آسمان به دلیل رنگ ذاتی اجزای هوا است. این توضیح حتی بعداً تأیید شد، در قرن نوزدهم، زمانی که مشخص شد که اکسیژن مایع آبی است و ازن مایع آبی است. O.B به توضیح صحیح رنگ آسمان نزدیک شد. سوسور. او معتقد بود که اگر هوا کاملاً خالص بود، آسمان سیاه می شد، اما هوا حاوی ناخالصی هایی است که عمدتاً رنگ آبی را منعکس می کند (به ویژه بخار آب و قطرات آب). در نیمه دوم قرن نوزدهم. مواد آزمایشی غنی بر روی پراکندگی نور در مایعات و گازها انباشته شده است، یکی از ویژگی های نور پراکنده که از آسمان می آید - قطبش آن - کشف شد. آراگو اولین کسی بود که آن را کشف و کشف کرد. این در سال 1809 بود. بعدها، بابینه، بروستر و دانشمندان دیگر، قطبی شدن فلک را مطالعه کردند. مسئله رنگ آسمان چنان توجه دانشمندان را به خود جلب کرد که آزمایش های انجام شده بر روی پراکندگی نور در مایعات و گازها که اهمیت بسیار گسترده تری داشت، از زاویه دید «تولید آزمایشگاهی رنگ آبی آسمان نشان دهنده این است: «مدل سازی رنگ آبی آسمان «بروکه» یا «در رنگ آبی آسمان، قطبش نور به طور کلی» اثر تیندال از این آزمایشات افکار دانشمندان را در مسیر درست هدایت کردند - به دنبال علت رنگ آبی آسمان در پراکندگی پرتوهای خورشیدی در جو باشند.

اولین کسی که یک نظریه ریاضی هماهنگ و دقیق درباره پراکندگی نور مولکولی در جو ایجاد کرد، دانشمند انگلیسی ریلی بود. او معتقد بود که پراکندگی نور بر روی ناخالصی ها، همانطور که پیشینیانش فکر می کردند، اتفاق نمی افتد، بلکه بر روی خود مولکول های هوا رخ می دهد. اولین کار ریلی در مورد پراکندگی نور در سال 1871 منتشر شد. در شکل نهایی خود، نظریه پراکندگی او، بر اساس ماهیت الکترومغناطیسی نور که در آن زمان ایجاد شده بود، در کار "درباره نور از آسمان، قطبش و رنگ آن" بیان شد. منتشر شده در سال 1899 برای کار در زمینه پراکندگی نور رایلی (او نام و نام خانوادگیجان ویلیام استرت، لرد ریلی سوم) اغلب ریلی پراکنده نامیده می شود، برخلاف پسرش، لرد ریلی چهارم. Rayleigh IV به خاطر سهم بزرگی که در توسعه فیزیک جوی داشت، رایلی جو نامیده می شود. برای توضیح رنگ آسمان، تنها یکی از نتایج نظریه ریلی را ارائه می کنیم و در توضیح پدیده های مختلف نوری، چندین بار به دیگران اشاره می کنیم. این نتیجه گیری بیان می کند که روشنایی یا شدت نور پراکنده برعکس با توان چهارم طول موج نوری که بر ذره پراکنده تابیده متفاوت است. بنابراین، پراکندگی مولکولی به کوچکترین تغییر در طول موج نور بسیار حساس است. به عنوان مثال، طول موج پرتوهای بنفش (0.4 میکرومتر) تقریباً نصف طول موج پرتوهای قرمز (0.8 میکرومتر) است. بنابراین، پرتوهای بنفش 16 برابر شدیدتر از قرمز پراکنده می شوند و با شدت یکسان پرتوهای فرودی، 16 برابر بیشتر از آنها در نور پراکنده پراکنده می شوند. تمام پرتوهای رنگی دیگر طیف مرئی (آبی، فیروزه‌ای، سبز، زرد، نارنجی) به مقدار معکوس متناسب با توان چهارم طول موج هر یک از آنها در نور پراکنده قرار می‌گیرند. اگر اکنون تمام پرتوهای رنگی پراکنده در این نسبت مخلوط شوند، رنگ مخلوط پرتوهای پراکنده آبی خواهد بود.

نور مستقیم خورشید (یعنی نوری که مستقیماً از قرص خورشیدی ساطع می شود) که عمدتاً پرتوهای آبی و بنفش را به دلیل پراکندگی از دست می دهد، رنگ زرد ضعیفی به دست می آورد که با پایین آمدن خورشید به افق تشدید می شود. اکنون پرتوها باید مسافت طولانی‌تر و طولانی‌تری را در جو طی کنند. در یک مسیر طولانی، از دست دادن پرتوهای با طول موج کوتاه، به عنوان مثال، پرتوهای بنفش، آبی، فیروزه ای بیشتر و بیشتر قابل توجه می شود و در نور مستقیم خورشید یا ماه، پرتوهای عمدتاً با طول موج بلند - قرمز، نارنجی، زرد - به سطح زمین برسد. بنابراین رنگ خورشید و ماه ابتدا زرد و سپس نارنجی و قرمز می شود. رنگ قرمز خورشید و رنگ آبی آسمان دو پیامد یک فرآیند پراکندگی هستند. در نور مستقیم، پس از عبور از جو، پرتوهای موج بلند عمدتاً باقی می مانند (خورشید قرمز)، در حالی که نور پراکنده حاوی پرتوهای موج کوتاه (آسمان آبی) است. بنابراین نظریه ریلی بسیار واضح و قانع‌کننده این راز را توضیح داد آسمان آبیو خورشید سرخ

پراکندگی مولکولی حرارتی آسمان