تألیف: حمید وثیق زاده انصاری
منبع: راسخون
منبع: راسخون
نور چگونه با چنین سرعت حیرت انگیزی حرکت می‌کند؟ اگر این سؤال در ذهن شما هم ایجاد شده است، به زودی معمایی را کشف خواهید کرد که بسیاری از ذهن‌های بزرگ را به خود مشغول کرده بود. این مقاله در صدد است که راز حرکت نور در فضا را برای شما فاش سازد.
نور یکی از اسرار آمیز‌ترین چیزها در جهان است. جهانی تاریک و بدون نور را تصور کنید تا بهتر به نقش مهم نور پی ببرید. شما اولین کسی نیستید که در مورد حرکت نور کنجکاو شده است. از گالیله گرفته تا ماکسول و انیشتین، همه‌ی این بزرگان در این مورد اندیشیده‌اند و به خاطر آنهاست که ما پاسخ این سوال را می‌دانیم. با این وجود هنوز مطالب بسیار زیادی در مورد نور نامکشوف باقی مانده است.
در اینجا سؤال دیگری که مطرح می‌شود اینست که سرعت نور چقدر است؟ برطبق اندازه‌‌گیری دانشمندان سرعت نور معادل 299792458 متر در ثانیه است! این بیشترین سرعتی است که می‌توان به آن رسید. تاکنون چیزی پیدا نشده است که بتواند با سرعتی بیش از سرعت نور حرکت کند. سرعت نور در خلاء ثابت می‌ماند. در واقع، اگر سرعت شی‌ایی فراتر از سرعت نور برود؛ آنگاه به یکی از ارکان اصلی فیزیک مدرن که نظریه نسبیت خاص انیشتین است، خدشه وارد خواهد شد. به طور خلاصه، نور سریع‌ترین چیز در جهان ما است و هیچ چیز شناخته شده‌ای سریع‌تر از نور حرکت نمی‌کند. نور چگونه به چنین سرعت فوق العاده‌ای رسیده است؟ اصلا چگونه حرکت می‌کند؟ اجازه بدهید جوابی برای این سؤالات بیابیم.
ماهیت نور به طور کامل توسط نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clark Maxwell) شرح داده شد. زمانی که او مشغول کار کردن روی نظریه‌ای بود که نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی بین اشیاء باردار ثابت و متحرک را توصیف می‌کرد. او دریافت که الکتریسیته و مغناطیس دو سوی یک سکه هستند. نظریه‌ی او الکتریسیته و مغناطیس را باهم ترکیب کرده و نیروی یکپارچه الکترومغناطیس را معرفی کرد و بدین ترتیب نور به عنوان یک موج الکترومغناطیس شناخته شد.
نور چگونه بدین شکل حرکت می‌کند؟ پاسخ این سؤال زیر این واقعیت نهفته است که نور یک "موج الکترومغناطیسی" است و حامل انرژی الکترومغناطیسی است. ماکسول کشف کرد که نور چگونه در خلاء حرکت می‌کند. هر ذره باردار دارای یک میدان الکتریکی است، هنگامی که میدان الکتریکی یک شیء تغییر می‌کند، یک میدان مغناطیسی در حال تغییر ایجاد می شود. سپس یک میدان مغناطیسی در حال تغییر دوباره یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند! اینگونه نور که یک موج الکترومغناطیسی است، حرکت می‌کند. نور به عنوان یک آشفتگی در میدان الکترومغناطیسی حرکت می‌کند.
نور مرئی، امواج رادیویی و حتی اشعه Xهمه امواج الکترومغناطیسی هستند و تشکیل طیف می‌دهند. همه‌ی آنها امواج الکترومغناطیسی با طول موج و فرکانس متفاوت هستند، اما همه با سرعتی یکسان حرکت می‌کنند، که همان سرعت نور در خلاء است. طول موج نور مرئی به گونه ایست که چشم ما قادر به دریافت آن است همانگونه که یک گیرنده رادیویی قادر به دریافت موج‌های رادیویی است. به همین دلیل است که چشم ما می تواند آن بخش از طیف الکترومغناطیسی را ببینید.
نور به خط مستقیم در خلاء حرکت می‌کند. اما در یک محیط مادی، نور دو خاصیت انعکاس و انکسار را نشان می دهد. هنگامی که یک موج نوری نمی تواند در یک شی نفوذ کند، بازتاب داده می‌شود و هنگامی که یک موج نوری در محیطی حرکت می کند که می‌تواند در آن نفوذ کند منحرف شده و یا پراکنده می‌شود. هنگامی که نور در یک محیط حرکت می‌کند با میدان الکتریکی آن تعامل پیدا می کند و بسته به ماهیت آن میدان الکتریکی می‌توان دریافت که نور تا چه اندازه منحرف یا پراکنده شده است.
نور در هوا به عنوان آشفته‌کننده‌ی میدان الکترومغناطیسی حرکت می‌کند. نور وارد سفیدی چشمان شما می‌شود آنگاه پراکنده و یا منحرف می‌شود تا بر شبکیه‌ی چشم شما متمرکز شود. شبکیه چشم نور تابشی را به به سیگنال‌های الکتریکی، تبدیل می کند و از آن طریق مغز شما تصویری را که می بینید ایجاد می کند.
مطالبی که خواندید توضیح نسبتاً ساده‌‌ای از حرکت نور در فضا بود. البته مسائل بیشتر و پیچیده‌تری را می‌توان در این مورد مطرح کرد که در بحث‌های بعدی به آنها خواهیم پرداخت.
نور یکی از اسرار آمیز‌ترین چیزها در جهان است. جهانی تاریک و بدون نور را تصور کنید تا بهتر به نقش مهم نور پی ببرید. شما اولین کسی نیستید که در مورد حرکت نور کنجکاو شده است. از گالیله گرفته تا ماکسول و انیشتین، همه‌ی این بزرگان در این مورد اندیشیده‌اند و به خاطر آنهاست که ما پاسخ این سوال را می‌دانیم. با این وجود هنوز مطالب بسیار زیادی در مورد نور نامکشوف باقی مانده است.
در اینجا سؤال دیگری که مطرح می‌شود اینست که سرعت نور چقدر است؟ برطبق اندازه‌‌گیری دانشمندان سرعت نور معادل 299792458 متر در ثانیه است! این بیشترین سرعتی است که می‌توان به آن رسید. تاکنون چیزی پیدا نشده است که بتواند با سرعتی بیش از سرعت نور حرکت کند. سرعت نور در خلاء ثابت می‌ماند. در واقع، اگر سرعت شی‌ایی فراتر از سرعت نور برود؛ آنگاه به یکی از ارکان اصلی فیزیک مدرن که نظریه نسبیت خاص انیشتین است، خدشه وارد خواهد شد. به طور خلاصه، نور سریع‌ترین چیز در جهان ما است و هیچ چیز شناخته شده‌ای سریع‌تر از نور حرکت نمی‌کند. نور چگونه به چنین سرعت فوق العاده‌ای رسیده است؟ اصلا چگونه حرکت می‌کند؟ اجازه بدهید جوابی برای این سؤالات بیابیم.
نور چگونه در فضا حرکت می‌کند؟
برای پاسخ دادن به پرسشی در مورد حرکت نور ابتدا باید ببینیم که نور از چه چیز ساخته شده است. زمانی که به پرسش دوم پاسخ دادیم پرسش نخست نیز جواب داده خواهد شد. زمانی که به ماهیت نور پی بردیم، پدیده‌ی حرکت نور را درک خواهیم کرد.ماهیت نور به طور کامل توسط نبوغ جیمز کلارک ماکسول (James Clark Maxwell) شرح داده شد. زمانی که او مشغول کار کردن روی نظریه‌ای بود که نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی بین اشیاء باردار ثابت و متحرک را توصیف می‌کرد. او دریافت که الکتریسیته و مغناطیس دو سوی یک سکه هستند. نظریه‌ی او الکتریسیته و مغناطیس را باهم ترکیب کرده و نیروی یکپارچه الکترومغناطیس را معرفی کرد و بدین ترتیب نور به عنوان یک موج الکترومغناطیس شناخته شد.
حرکت نور در فضا به عنوان یک موج الکترومغناطیس
بنابراین نور یک نوع موج است و هر موج چیزی را به حرکت در می‌آورد. هر موجی همچون موج دریا درون یک رسانه حرکت می‌کند و در آن آشفتگی و نوسان ایجاد می‌کند. موج دریا آشفتگی‌ای است که در آب حرکت می‌کند، سوال اینجاست که نور در چه رسانه‌ای همچون یک موج حرکت می‌کند؟ پاسخ هیچ است! اینجاست که تفاوت نور با هر موج دیگری مشخص می‌شود. نور می‌تواند در خلاء حرکت کند و به رسانه‌ای برای انتشار نیاز ندارند.نور چگونه بدین شکل حرکت می‌کند؟ پاسخ این سؤال زیر این واقعیت نهفته است که نور یک "موج الکترومغناطیسی" است و حامل انرژی الکترومغناطیسی است. ماکسول کشف کرد که نور چگونه در خلاء حرکت می‌کند. هر ذره باردار دارای یک میدان الکتریکی است، هنگامی که میدان الکتریکی یک شیء تغییر می‌کند، یک میدان مغناطیسی در حال تغییر ایجاد می شود. سپس یک میدان مغناطیسی در حال تغییر دوباره یک میدان الکتریکی ایجاد می‌کند! اینگونه نور که یک موج الکترومغناطیسی است، حرکت می‌کند. نور به عنوان یک آشفتگی در میدان الکترومغناطیسی حرکت می‌کند.
نور مرئی، امواج رادیویی و حتی اشعه Xهمه امواج الکترومغناطیسی هستند و تشکیل طیف می‌دهند. همه‌ی آنها امواج الکترومغناطیسی با طول موج و فرکانس متفاوت هستند، اما همه با سرعتی یکسان حرکت می‌کنند، که همان سرعت نور در خلاء است. طول موج نور مرئی به گونه ایست که چشم ما قادر به دریافت آن است همانگونه که یک گیرنده رادیویی قادر به دریافت موج‌های رادیویی است. به همین دلیل است که چشم ما می تواند آن بخش از طیف الکترومغناطیسی را ببینید.
نور به خط مستقیم در خلاء حرکت می‌کند. اما در یک محیط مادی، نور دو خاصیت انعکاس و انکسار را نشان می دهد. هنگامی که یک موج نوری نمی تواند در یک شی نفوذ کند، بازتاب داده می‌شود و هنگامی که یک موج نوری در محیطی حرکت می کند که می‌تواند در آن نفوذ کند منحرف شده و یا پراکنده می‌شود. هنگامی که نور در یک محیط حرکت می‌کند با میدان الکتریکی آن تعامل پیدا می کند و بسته به ماهیت آن میدان الکتریکی می‌توان دریافت که نور تا چه اندازه منحرف یا پراکنده شده است.
نور در هوا به عنوان آشفته‌کننده‌ی میدان الکترومغناطیسی حرکت می‌کند. نور وارد سفیدی چشمان شما می‌شود آنگاه پراکنده و یا منحرف می‌شود تا بر شبکیه‌ی چشم شما متمرکز شود. شبکیه چشم نور تابشی را به به سیگنال‌های الکتریکی، تبدیل می کند و از آن طریق مغز شما تصویری را که می بینید ایجاد می کند.
مطالبی که خواندید توضیح نسبتاً ساده‌‌ای از حرکت نور در فضا بود. البته مسائل بیشتر و پیچیده‌تری را می‌توان در این مورد مطرح کرد که در بحث‌های بعدی به آنها خواهیم پرداخت.
/م
