آزمایش با نور نیوتنی آزمایش با منشور. ترکیب طیفی نور

اثبات نادرستی چنین نتایجی با انجام آزمایش های مربوطه با همان منشورها دشوار نبود. با این حال، هیچ کس این کار را قبل از نیوتن انجام نداده بود.

1.4. آزمایشات نیوتن با منشورها. نظریه نیوتن در مورد منشاء رنگ ها

دانشمند بزرگ انگلیسی اسحاق نیوتن طیف وسیعی از آزمایشات نوری را با منشورها انجام داد و آنها را با جزئیات در "اپتیک" توصیف کرد. نظریه جدیدنور و رنگ‌ها، و همچنین در «سخنرانی‌های اپتیک». نیوتن به طور قانع کننده ای نادرستی این ایده را اثبات کرد که رنگ ها از مخلوطی از تاریکی و نور سفید به وجود می آیند. بر اساس آزمایش‌های خود، او می‌توانست بگوید: «هیچ رنگی از ترکیب سفید و سیاه به وجود نمی‌آید، مگر رنگ‌های تیره بین آن‌ها. مقدار نور ظاهر رنگ را تغییر نمی دهد. نیوتن نشان داد که نور سفید اساسی نیست، باید آن را به عنوان یک ترکیب در نظر گرفت (به گفته نیوتن، "ناهمگن"؛ در اصطلاح مدرن، "غیر تک رنگ"). اصلی ترین آنها رنگ های مختلف هستند (پرتوهای "یکنواخت" یا در غیر این صورت پرتوهای "تک رنگ"). ظهور رنگ ها در آزمایش با منشورها نتیجه تجزیه نور مرکب (سفید) به اجزای اصلی آن (رنگ های مختلف) است. این تجزیه به این دلیل رخ می دهد که هر رنگ درجه شکست خاص خود را دارد. اینها نتیجه گیری های اصلی نیوتن است. آنها با ایده های علمی مدرن مطابقت کامل دارند.

مطالعات نوری انجام شده توسط نیوتن نه تنها از نقطه نظر نتایج به دست آمده، بلکه از نقطه نظر روش شناختی نیز بسیار مورد توجه است. روش تحقیق با منشورهای توسعه یافته توسط نیوتن (به ویژه روش منشورهای متقاطع) قرن ها زنده مانده و وارد زرادخانه فیزیک مدرن شده است.

شروع کردن تحقیقات نوری، نیوتن وظیفه خود را "این نیست که ویژگی های نور را با فرضیه ها توضیح دهد، بلکه آنها را با استدلال و آزمایش ارائه و اثبات کند." هنگام آزمایش این یا آن موقعیت، دانشمند معمولاً چندین آزمایش مختلف را انجام می داد. وی تاکید کرد که باید از روش های مختلف استفاده کرد «برای بررسی یکسان، زیرا فراوانی مانع آزمایش کننده نمی شود».

بیایید به برخی از جالب ترین آزمایش های نیوتن با منشورها و نتایجی که این دانشمند بر اساس نتایج به دست آمده به آن دست یافت، نگاهی بیندازیم. گروه بزرگی از آزمایش‌ها به بررسی تطابق بین رنگ پرتوها و درجه شکست آنها (به عبارت دیگر، بین رنگ و مقدار ضریب شکست) اختصاص یافت. اجازه دهید سه تجربه از این قبیل را برجسته کنیم.

آزمایش 1. عبور نور از منشورهای متقاطع. در مقابل سوراخ A، که یک پرتو باریک از نور خورشید را به یک اتاق تاریک منتقل می کند، یک منشور با یک دنده انکساری جهت افقی قرار داده شده است (شکل 4.3a).

یک نوار رنگی عمودی دراز از CF روی صفحه ظاهر می شود که بیرونی ترین آن است قسمت پایینکه قرمز رنگ شده و بالای آن بنفش است. بیایید خطوط نوار را روی صفحه با یک مداد ردیابی کنیم. سپس منشور مشابه دیگری را بین منشور و صفحه مورد نظر قرار می دهیم، اما لبه شکست منشور دوم باید به صورت عمودی، یعنی عمود بر لبه شکست منشور اول باشد. پرتو نوری که از سوراخ A خارج می شود به طور متوالی از دو منشور متقاطع عبور می کند. نواری از طیف KF روی صفحه ظاهر می شود که نسبت به کانتور KF در امتداد محور X جابجا شده است، در این حالت، انتهای بنفش نوار به میزان بیشتری از قرمز جابجا می شود، به طوری که طیف. نوار متمایل به سمت عمودی به نظر می رسد. نیوتن به این نتیجه می رسد: اگر آزمایش با یک منشور به ما اجازه می دهد ادعا کنیم که پرتوهایی با درجات شکست متفاوت با رنگ های مختلف مطابقت دارند، آزمایش با منشورهای متقاطع نیز موقعیت مخالف را ثابت می کند - پرتوهای رنگ های مختلف درجات شکست متفاوتی دارند. . در واقع، پرتویی که در منشور اول بیشترین شکست را دارد، یک پرتو بنفش است. سپس با عبور از منشور دوم، این پرتو بنفش بیشترین شکست را تجربه می کند. نیوتن با بحث در مورد نتایج آزمایش با منشورهای متقاطع خاطرنشان کرد: از این آزمایش همچنین نتیجه می‌شود که انکسار پرتوهای منفرد طبق قوانین مشابهی پیش می‌رود، خواه با پرتوهایی از انواع دیگر مخلوط شوند، مانند نور سفید، یا به طور جداگانه یا با تبدیل اولیه نور به رنگ شکسته می شود."

در شکل شکل 4.4 نسخه دیگری از آزمایش را با منشورهای متقاطع نشان می دهد: دو پرتو نوری یکسان از میان منشورها عبور می کنند. هر دو پرتو نوارهای طیف یکسانی را روی صفحه تشکیل می دهند، علیرغم این واقعیت که در منشور اول پرتوهای یک رنگ (اما از پرتوهای مختلف) مسیرهایی با طول های مختلف را طی می کنند.

این فرضیه فوق الذکر مبنی بر اینکه رنگ به طول مسیر پرتو در داخل منشور بستگی دارد را رد کرد.

آزمایش 3. عبور نور از سیستمی متشکل از دو منشور و یک آینه بازتابنده.

پرتوی از پرتوهای خورشیدی که از سوراخ A خارج می شود، از منشور 1 می گذرد و سپس به آینه 2 برخورد می کند. جهت گیری آینه را به گونه ای انجام می دهیم که تنها بخشی از پرتوها را به منشور 3 بفرستیم که به داخل منشعب می شوند. به بیشترین میزان. پس از شکست در منشور 3، این پرتوها در ناحیه نقطه B روی صفحه می افتند. سپس آینه 2 را حرکت می دهیم و اکنون آن را طوری قرار می دهیم که آن پرتوهایی را که در منشور 3 شکسته می شوند، بفرستد. حداقل درجه(تصویر خط را ببینید). این پرتوها با تجربه شکست در منشور 3، در ناحیه نقطه C به صفحه نمایش برخورد خواهند کرد. به وضوح مشاهده می شود که آن دسته از پرتوهایی که در منشور اول بیشترین شکست را دارند، در منشور دوم به شدت شکست خواهند خورد.

تمام این آزمایش‌ها به نیوتن اجازه داد تا نتیجه‌گیری مطمئنی انجام دهد: «آزمایش‌ها ثابت می‌کنند که پرتوهایی که به‌طور متفاوتی شکست می‌شوند، رنگ‌های متفاوتی دارند. برعکس نیز ثابت شده است که پرتوهایی که رنگ‌های متفاوتی دارند، پرتوهایی هستند که به‌طور متفاوتی شکست می‌شوند.»

سپس، نیوتن این سوال را مطرح می کند: "آیا می توان رنگ پرتوهای هر نوع را به طور جداگانه با شکست تغییر داد؟" دانشمند پس از انجام یک سری آزمایشات با دقت فکر شده، به سوال مطرح شده پاسخ منفی می دهد. بیایید یکی از این آزمایش ها را در نظر بگیریم.

آزمایش 4. عبور نور از منشورها و صفحات با شکاف

پرتوی از پرتوهای خورشیدی توسط منشور 1 به رنگ‌ها تجزیه می‌شود. برخی از پرتوهای یک رنگ خاص از سوراخ B در صفحه‌ای که در پشت منشور قرار دارد عبور می‌کنند. این پرتوها سپس از سوراخ C در صفحه دوم عبور می کنند و پس از آن روی منشور 2 می افتند. با چرخش منشور 1، با استفاده از صفحه های دارای سوراخ، می توان پرتوهای یک رنگ یا آن را از طیف جدا کرد و انکسار آنها را در منشور مطالعه کرد. 2. تجربه نشان داده است که شکست در منشور 2 منجر به تغییر رنگ پرتوها نمی شود.

دکتری دانشگاهیان MIA

LLC ICC "Systems and Technologies"

محقق ارشد

حاشیه نویسی:

در این مقاله، بر اساس تحلیل آزمایش‌های نوری نیوتن و آزمایش‌های جدید، عدم دقت نتیجه‌گیری نیوتن در مورد اجزای رنگی شار نور آشکار شده و ثابت می‌شود که نور از سه حامل ماده تشکیل شده است که تأثیر فردی و مشترک آن‌ها. بر روی دستگاه بینایی یک ارگانیسم حیوانی باعث ایجاد انجمن های مربوطه در مغز می شود که طبیعت تنوع رنگ را نشان می دهد.

مقاله بر اساس تحلیل آزمایش‌های نوری نیوتن و آزمایش‌های جدید، نادرستی بینش نیوتن را در مورد اجزای رنگی نور آشکار کرد و ثابت کرد که نور از سه محیط فیزیکی، تأثیر فردی و مشترک بر دستگاه بینایی موجودات جانوری به نام مناسب است. انجمنی از مغز که تنوع رنگی طبیعت را نشان می دهد.

کلمات کلیدی:

نیوتن؛ منشور؛ پراکندگی؛ حامل اجزای رنگ

نیوتن؛ منشور؛ پراکندگی؛ حامل اجزای غیر آهنی

UDC 535.1، 535.6

آزمایشات نیوتن (1642-1727) در مورد پراکندگی نور توسط او در سال 1672 به انجمن سلطنتی لندن گزارش شد. و از این لحظه بود که نتایج آزمایش ها مورد انتقاد دانشمندان مشهور قرار گرفت. شدت رابطه بین نیوتن و مخالفانش در آن زمان تقریباً با روابط برونو و اعضای جامعه علمی ایتالیایی بود که او را به آتش فرستادند. با این حال، امروزه، با توجه به واضح بودن نتایج این آزمایش ها، که برخی از آنها به راحتی با توجه به شرایط انجام آزمایش ها به شرحی که نیوتن توصیف می کند، تأیید می شود، نتیجه گیری های فیزیکدان بزرگ به رسمیت شناخته می شود. علم مدرنبه عنوان دانشی که از طریق تجربه به دست می آید. برای درک نادرستی‌های ذکر شده در آزمایش‌های نیوتن، نمودار آزمایش‌های او را با دو منشور در شکل 1 نشان می‌دهیم.

شکل 1 ([شکل 118 از "اپتیک" نیوتن (منتشر شده در 1721). "توضیحات. اجازه دهید S نشان دهنده خورشید، F سوراخ در پنجره، ABC منشور اول، DH منشور دوم، Y تصویر دایره ای خورشید باشد. هنگامی که منشورها برداشته می شوند مستقیماً توسط یک پرتو نور تشکیل می شود، PT تصویر کشیده ای از خورشید است که توسط همان پرتو فقط در هنگام عبور از منشور اول ایجاد می شود، وقتی منشور دوم برداشته می شود، pt تصویری است که توسط متقاطع به دست می آید. -شکست هر دو منشور با هم"]

همانطور که می دانید، نیوتن الگوی حاصل از نوارهای رنگی را پراکندگی نامید. در پراکندگی که دریافت کرد، او رنگ های قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، آبی، بنفش را شناسایی کرد. او این رنگ‌ها را رنگ‌های تک رنگ نامید و معتقد بود: «همه رنگ‌ها نسبت به مرزهای سایه بی‌تفاوت هستند و بنابراین تفاوت رنگ‌ها از یکدیگر از مرزهای مختلف سایه ناشی نمی‌شود و در نتیجه نور روشن می‌شود. اصلاح شده است به طرق مختلفهمانطور که فیلسوفان تاکنون فکر می کردند.

نیوتن پس از عبور شار نوری تجزیه شده توسط منشور اول از منشور دوم، معتقد بود که برای تمام اجزای رنگی که او شناسایی کرد، یک الگو مشاهده شد - این اجزای رنگ دارای ضریب شکست متفاوتی هستند.

تحت شرایطی که نیوتن به آن اشاره کرد، که به نظر می‌رسد خود را در آزمایش‌های ذکر شده در بالا نشان می‌دهد، که توسط کسی تکرار شده است، لازم است با نتایج او موافقت شود:

شار نورانی از هفت جزء تک رنگ شامل قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی، بنفش تشکیل شده است.

هر یک از اجزای ذکر شده دارای ضریب شکست خاص خود هستند.

در همان زمان، ما توجه می کنیم که نیوتن با قاطعیت خاصی متذکر شد که پراکندگی به دست آمده را روی یک سوراخ بسیار باریک (احتمالاً بزرگتر از قطر یک پین) انجام داد.

داده‌های آزمایش‌های نیوتن با منشور توسط فیزیکدانان تا اواسط قرن نوزدهم به عنوان شواهدی از فرضیه جسمی شار نوری تفسیر می‌شد. در قرن بیستم، دانشمندان در رابطه با آزمایشات فرنل، یانگ و فرضیه ماکسول در مورد نگرش خود به این آزمایشات تجدید نظر کردند. ماهیت الکترومغناطیسیشار نورانی اما، همانطور که انیشتین اشاره کرد، «... تاریخ جستجوی نظریه نور به هیچ وجه به پایان نرسیده است. حکم قرن نوزدهم آخرین و نهایی نبود. برای فیزیکدانان مدرن، کل مشکل انتخاب بین اجسام و امواج دوباره وجود دارد، اکنون به شکلی بسیار عمیق تر و پیچیده تر. اجازه دهید شکست نظریه جسمی نور را بپذیریم تا زمانی که ماهیت پیروزی را کشف کنیم نظریه موجمشکل ساز است."

نتایج آزمایش‌های جدید با منشور موانع غیر قابل حلی را برای توضیح آنها از نقطه نظر فرضیه موج شار نور ایجاد می‌کند، اما از دیدگاه فرضیه جسمی به راحتی توضیح داده می‌شود.

در آزمایشات جدید به جای سوراخ گرد از یک شکاف عمودی مطابق شکل 2 استفاده شد.

برنج. 2. طرح جدیدآزمایشات

عرض شکاف را می توان با استفاده از فلپ های مات متحرک "a" و "b" سیاه (تیره) تغییر داد. ارسی ها به صورت عمودی روی شیشه پنجره قرار می گیرند. با مشاهده این شکاف در طول روز از طریق یک قسمت (چپ یا راست، نشان داده شده با فلش های چین دار و توپر) از یک منشور افقی، یک پدیده عجیب را مشاهده خواهیم کرد.

این پدیده در این واقعیت است که یک جفت نوار رنگی در لبه های داخلی دریچه های تشکیل دهنده شکاف تشکیل می شود. یک جفت از نوارهای عمودی قرمز و زرد تشکیل شده است. جفت دیگر دارای نوارهای فیروزه ای و بنفش است. علاوه بر این، با افزایش فاصله بین منشور و شکاف، عرض نوارهای رنگی افزایش می‌یابد و مرزهای بین نوارهای زرد و فیروزه‌ای نزدیک‌تر می‌شوند. مرزهای نوارهای زرد و فیروزه ای را می توان با چرخاندن منشور حول محور عمودی به هم نزدیک کرد. هنگامی که دریچه ها به اندازه کافی از یکدیگر فاصله دارند، نواری از شار نور سفید به وضوح بین نوارهای زرد و فیروزه ای مشاهده می شود (شکل 3 در سمت چپ).

هنگامی که دریچه های "a" و "b" جابجا می شوند، مرزهای بین نوارهای زرد و فیروزه ای به یکدیگر نزدیک می شوند که منجر به کاهش عرض نوار سفید به صفر در عرض شکاف معین می شود. باریک شدن بیشتر شکاف منجر به تقاطع (همپوشانی) نوارهای زرد و فیروزه ای می شود. در این مورد، منطقه تلاقی نوارهای زرد و فیروزه ای سبز رنگ می شود (شکل 3، انواع II و IV).

شکل 3. تصویر مشاهده شده با توجه به طرح تجربی در شکل 2

هنگامی که زاویه دید را تغییر می دهید (از یک فلش ثابت به یک فلش چین خورده)، جفت نوارهای رنگی مکان خود را تغییر می دهند. اما در عین حال همچنان یک نوار سبز رنگ در قسمت میانی محل تلاقی نوارهای زرد و فیروزه ای وجود دارد.

از موارد نشان داده شده در شکل. 3 نتایج تجربی نشان می دهد که الگوی پراکندگی حاوی نواری از رنگ سبز است که تک رنگ نیست. وقوع آن با تلاقی نوارهای زرد و فیروزه ای مشخص می شود. آن ها رنگ سبز در شار نورانی تک رنگ نیست. با معرفی مفهوم "حامل رنگ" در شار نور، نتیجه آزمایش به ما امکان می دهد ادعا کنیم که ظاهر یک تصویر سبز رنگ در مغز انسان نتیجه تأثیر همزمان بر عناصر حساس چشم ناقلان است. رنگ های زرد و فیروزه ای.

اما اگر دو حامل در تشکیل رنگ سبز مشارکت داشته باشند، آن دو رنگ است. این باید بر نتایج آزمایشات با دو منشور P1 و P2 تأثیر بگذارد (شکل 4). و دقیقا همانطور که انتظار می رفت دریافت شد.

شکل 4. نتایج آزمایش با دو منشور

لازم به ذکر است که در شکل. 4، هنگامی که نمای بال دوم منشور دوم تغییر می کند، رنگ نواحی انتهای نوارهای قرمز، سبز و بنفش جای خود را تغییر می دهد.

از این آزمایشات به دست می آید:

رنگ نوار سبز تک رنگ نیست. رنگ سبز نتیجه شکل گیری تأثیر همزمان در مغز بر عناصر حساس چشم حاملان رنگ های زرد و فیروزه ای است.

رنگ نوار قرمز تک رنگ نیست. رنگ قرمز نتیجه قرار گرفتن همزمان عناصر حساس چشم حاملان رنگ های زرد و بنفش است (در شکل 4 - نوار پایین الگوی پراکندگی).

رنگ راه راه بنفش تک رنگ نیست. رنگ بنفش نتیجه تأثیر همزمان بر عناصر حساس چشم حامل رنگ های بنفش و فیروزه ای است (در شکل 4 - نوار بالایی الگوی پراکندگی).

رنگ نوار زرد مانند رنگ نوار فیروزه ای تک رنگ است.

راه راه قرمز، سبز و گل های بنفشاز منشور اول، هنگامی که از منشور دوم عبور می کنید، طول آن با مقدار خطی دو رنگ مربوطه در انتهای این نوارها کاهش می یابد.

1. فرضیه نیوتن در مورد اجزای رنگی شار نور که بر اساس آن نور خورشید از هفت رنگ تک رنگ (قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی، بنفش) تشکیل شده است، با واقعیت مطابقت ندارد.

2. حامل های فردی (تک) رنگ های قرمز، سبز و بنفش در طبیعت وجود ندارند. این رنگ ها حاصل قرار گرفتن سیستم حساس چشم ها با حداقل دو ناقل است.

3. در طبیعت، سه حامل وجود دارد - یک حامل فیروزه ای، یک حامل زرد و یک حامل یاس بنفش. تنوع سایه های رنگی با ترکیب مقادیر مناسب از حامل های فیروزه ای، یاسی و گل های زرد(خدا زندگی را دوست دارد).

4. محدود کردن تعداد حامل های شار نوری به 3 به ما این امکان را می دهد که بیان کنیم که سفیدشار نوری با قرار گرفتن همزمان چشم با سهم مساوی از حامل های رنگ های فیروزه ای، یاسی و زرد تعیین می شود.

کتابشناسی:

1. نیوتن I. اپتیک یا رساله ای در مورد بازتاب ها، شکست ها، خمش ها و رنگ های نور. سری: کلاسیک تاریخ طبیعی، کتاب. 17، M.-L. GIZ، 1927، 374 ص.
2. آلبرت انیشتین. جلسه آثار علمی. T. IV. M.: Nauka، 1967. – ص 357 - 543.
3. Skvortsov V. نیوتن جوان و نور خورشید/جمهوری باشقورتوستان. شماره 230، 2.12.2009.

بررسی ها:

2017/06/22، 15:44 سوخارف ایلیا جورجیویچ
مرور کنید: بررسی مقاله آزمایشات نیوتون با منشور: ذات و پیامدها (نویسنده اولگ ولادیمیرویچ تارخانوف دکترای آکادمیک MIA, LLC ICC "Systems and Technologies"، محقق ارشد). نتیجه اصلی آزمایش‌های نیوتن این است که نور سفید خورشید حاوی طیفی از امواج با فرکانس‌های مختلف است. برای آزمایش، از ویژگی وابستگی زاویه شکست به فرکانس موجی که از سطح مشترک بین دو محیط با چگالی متفاوت عبور می‌کند استفاده شد. با عبور نور از یک منشور، جایی که انکسار دوگانه اتفاق می‌افتد، رنگ‌ها روی صفحه نمایش دیده می‌شد. او به عنوان نویسنده شناخته شده این آزمایش، 7 رنگ اصلی را شناسایی کرد. در ضمن اگه کور رنگی بود تعدادشون کمتر بود. اما این برای معنای آزمایشی به نام پراکندگی، یعنی تجزیه پرتو نور امواج به اجزای فرکانس، کاملاً بی اهمیت است. آزمایش مشابهی را می توان به عنوان مثال در محدوده مایکروویو با یک منشور شفاف رادیویی دی الکتریک انجام داد و معنای آن بدون تشخیص هیچ گونه طیف رنگی یکسان باقی می ماند. تجربیات نویسنده مقاله را می توان به دو موضوع تقسیم کرد. اولی را می توان مشروط به مشاهده اثرات کالیدوسکوپی نامید و دومی را - خاصیت بینایی برای درک رنگ های مخلوط به عنوان رنگی متفاوت از رنگ های اصلی. تجربه اول تاثیر بسیار مثبتی بر روی کودکان و بزرگسالان دارد و تجربه دوم به صورت حرفه ای توسط هنرمندان و سازندگان سیستم های همگرایی پرتو لوله تصویر استفاده می شود. یعنی ما در مورددر مورد اثرات شناخته شده من این نشریه را توصیه نمی کنم.

5.07.2017, 17:24
مرور کنید: در صورتی که اکثر پاسخ های نویسنده به نقد و بررسی با قالب مقاله در قالب بحث و گفتگو یا به شکلی دیگر تطبیق داده شود، داور نسبت به مقاله واکنش مثبت نشان داده و آن را برای چاپ پیشنهاد می کند. با احترام به نویسنده!

نظرات کاربران:

2017/07/2، 14:06 میرموویچ-تیخومیروف ادوارد گریگوریویچ مرور کنید: اولگ ولادیمیرویچ عزیز! شاید شما فقط می خواستید ماهیت اساسی فرمول RGB را در IT اثبات کنید و این سه گانه را با میله ها و مخروط های ما موازی کنید؟ اما در ابتدا آنها دوآلیسم را هدف قرار دادند. با به اصطلاح "دوگانگی" پس همه چیز ساده است. آیا شما از طرفداران بیلیارد هستید؟ ضربه های الاستیک، روان، پیچشی در زمین های خشن و صاف. توپ ها را در جای خود قرار دهید عاججسم کروی هیدرودینامیکی (کروی). در اینجا شما پراش، و دوگانگی، و انواع کوانتومی با انتقال تونلی از موانع دارید. هنوز زمانی برای درک ماهیت اساسی مقاله شما وجود ندارد. شاید بحثی در اینجا با تردیدهای ایلیا جورجیویچ به این امر کمک کند! در این میان، هیچ چیزی به صورت همسالان نوشته نخواهد شد تا کودک احتمالی را از حمام بیرون نیندازد.

2017/07/3، 9:12 تارخانوف اولگ ولادیمیرویچ مرور کنید: پاسخ به نظر ادوارد گریگوریویچ میرموویچ-تیخومیروف عزیز ادوارد گریگوریویچ! از اینکه مقاله را خواندید و فکر کردید "در این بین، چیزی در قالب بررسی شده نوشته نخواهد شد تا کودک احتمالی را از حمام بیرون نریزد." با قضاوت بر اساس سؤالات، احتمالاً قبل از انجام آزمایش شرح داده شده در مقاله به خواسته های من در مورد "RGB، IT، مخروط ها و میله ها" علاقه مند هستید؟ پاسخ به این سوال: "من چنین تمایلی نداشتم." با توجه به تاریخچه تمایل به چاپ مقاله در مجله 1. در سال 2009، تجربه ای را که چندین دهه قبل از آن انجام داده بودم به معاون سردبیر Sovetskaya Bashkiria نشان دادم. معلوم شد که او فارغ التحصیل شده است دانشگاه فنیو به خوبی با آزمایشات نیوتن آشنا بود. با مشاهده نتایج متفاوت در این دو تجربیات واقعی وی. اسکورتسوف انتشار تجربه ای را که به او نشان داده شده در روزنامه ممکن دانست. هشت سال از آن زمان می گذرد. کاملاً طبیعی است که من از عواقب نتایج آزمایش با اندازه خطی متغیر سوراخ آگاه بودم. آزمایش جدیدی که در آن می‌توان این اندازه را از هر اندازه بزرگی به اندازه بسیار کوچکتر از سوراخ سوزن نیوتن تغییر داد، نشان داد که نیوتن جوان در تعیین تعداد رنگ‌ها اشتباه می‌کرد. اما اصلی‌ترین چیزی که در آزمایش نیوتن مشخص نشد، ماهیت مولفه سبز طیف بود. این امر به دلیل اندازه کوچک سوراخ مانع شد که مطالعه کاهش اجزای زرد و زمردی در تماس مرزی و متعاقب آن تلاقی تدریجی آنها را غیرممکن کرد. تجربه جدید، که من رد آن را نمی دانم، نشان می دهد که این جزء "سبز" تک رنگ نیست. با گسترش آزمایش در مسیری که نیوتن قبلاً پیدا کرده بود (با استفاده از منشور دوم)، می‌توان تک رنگی اجزای قرمز و بنفش را از بین برد. این نیز در مقاله توضیح داده شده است. بقیه در مقاله نه به صورت گزاره، بلکه در قالب شرح آزمایش ها و پیامدهای آزمایش ارائه شده است. به طور طبیعی، من بارها و بارها به طیف گسترده ای از مخاطبان این تجربه را با یک منشور و یک شکاف قابل تنظیم، به اصطلاح، نشان داده ام. در همان زمان، هم دانش‌آموزان و هم دانش‌آموزان و معلمان تأیید کردند که آنها (در پاسخ به این سؤال - "چه رنگ‌های راه راه می‌بینی؟") رنگ‌هایی غیر از آن‌هایی که به راحتی مشاهده می‌شوند (یک جفت در لبه‌ها) را نمی‌بینند. از درهای مختلف و سبز پس از همپوشانی راه راه زرد و فیروزه ای). آن ها میانگین بینایی شرکت کنندگان در آزمایش و همچنین نویسنده آزمایش کاملاً "سالم" بود - بدون انحرافات "کور رنگ". نظر نیوتن در مورد غیرقابل قبول بودن فرضیه ها و نظر انیشتین در مورد ناپایداری ثنویت برای نگارش مقاله تعیین کننده شد. بله، و سن یک عامل است. البته من قدرت «عشق» کسانی را که به دوگانگی متقاعد شده بودند می دانستم و می دانم. اما، همانطور که می گویند، "نمی توان خیاطی را در گونی پنهان کرد" و "افلاطون دوست من است، اما حقیقت عزیزتر است." 2. در مورد توپ. متأسفانه، اثر کامپتون از دوگانگی فوتون پشتیبانی نمی کند. 3. با توجه به موارد فوق، معتقدم که من به عنوان فارغ التحصیل دانشکده فنی و مهندسی، یک آرزوی ساده - چهل سال پس از آزمایش - برای ارائه این آزمایش به خواننده و جامعه فیزیکی، رانده شده و هستم. در همان زمان، من در نظر گرفتم که هوک زنده، نیوتن را به شدت احتیاط کرد - نیوتن پس از مرگ هوک، "اپتیک" را منتشر کرد، که نیوتن را به مدت سی سال زنده "خورد". اما ما، به عنوان جامعه ای از دانشمندان، به اصطلاح، نقش یک "GOOK" جمعی را بازی می کنیم. متاسفانه این یک واقعیت است. پیروان نیوتن، پلانک و انیشتین به اندازه کافی وجود ندارد. این لازم است - نیوتن برای آزمایشی که کاملاً درست نبود مورد تشویق قرار گرفت، اما در اینجا آنها چیزهای بدیهی را با نکات بسیار بیهوده دفن می کنند. البته، "وزن" دوگانه انگاری بسیار بسیار غیرقابل تحمل است. آزمایش توصیف شده فقط یک نقطه عطف است.

2017/07/3، 14:04 میرمویچ-تیخومیروف ادوارد گریگوریویچ مرور کنید: ادامه بحث پیرامون آزمایشات شما... 1. در فناوری اطلاعات، رنگ‌های RGB، همانطور که می‌دانید (و همه)، بنیادی در نظر گرفته می‌شوند، نه به صورت فراکتالی، و افزودن یا برهم‌نهی آن‌ها باعث ایجاد همه رنگ‌های دیگر می‌شود. اما خود رنگ ها حداقل نتیجه تعامل هستند سه عنصرطبیعت: فرکانس f با پراکندگی آن df، متفاوت برای f های مختلف + تعامل با فرکانس های طبیعی چشم ما + تبدیل عصبی و مغز به احساسات ما (جایی که مکان نادری برای کوررنگی وجود دارد، تنوع رنگی طیف اوتیسم که وجود ندارد. هنوز مطالعه شده است و غیره). شما با آزمایشات خود ادعا می کنید که اصلی، اساسی و "ثابت جهانی" در جهان ما این سه فرکانس نیست، و نه فرکانس (ریزمحدوده) رنگ زرد (من مقدار نمی دهم) بلکه سبز است. آیا اینطور است؟ 2. کاملا موافقم. و این یک گفتگوی جداگانه است. در بیلیارد ضرباتی وجود دارد که توپ نشانه به طور کامل در اطراف توپ هدف جریان دارد و برخلاف قوانین نیوتنی یا دوگانه گرایی حرکت می کند. و چیزی برای گفتن در مورد ذراتی مانند حباب های صابون که قادر به تغییر شکل هستند وجود ندارد. تداوم و ماهیت موجی، طرح تفاسیر ما بر اساس «ناشناختی» ما از چیزی است. تداوم و ابدیت فقط شامل چرخش جهانی و اثرات شبه آشفتگی است که ساختارهای کوچکتری از چرخش را به سمت پایین و به اصطلاح ایجاد می کند. ذرات بنیادی 3. در دعواهای آر. هوک، جی. لایب نیتس و حتی جی. برکلی، من طرف آنها هستم و طرف نیوتن نیستم. اگر در مورد "اشاره های بسیار سبک" من صحبت می کنید، پس من چشمانم را به مواد یا خود مواد در سوراخی فرو نمی کنم، بلکه قبل از بررسی به آن علاقه نشان می دهم.

2017/07/04، 15:34 تارخانف اولگ ولادیمیرویچ مرور کنید: پاسخ به بررسی مورخ 3 ژوئیه 2017 Mirmovich-Tikhomirova Eduard Grigorievich ادوارد گریگوریویچ عزیز! 1. اجازه دهید توضیح بعدی در مورد مقاله را با بخشی از نکته سوم شما شروع کنم. نگرش شما به مقاله با توجه به "شدت دوگانگی" به نظر من کاملاً منطقی و ... صحیح است. من نگرش خود را نسبت به "اشاره ها" در قالب اظهارات بدون توجیه و در پاسخ به بررسی ایلیا جورجیویچ سوخارف بدون هیچ دلیلی توصیف کردم. 2. در مورد "رنگ های IT RGB" و نظر شما در مورد فرکانس های حامل. 2.1. من باید قبول کنم که حامل های شار نور فرضی هستند (غیر آن را نمی توانم توجیه کنم) و تا کنون تنها نشانه تفاوت آنها با یکدیگر فرکانس است. من نمی توانم اظهارات عملی در مورد ماهیت فرکانس اجزای نور بیان کنم. 2.2. با توجه به تعامل حامل های شناسایی شده تجربی مسئول واکنش های رنگی مغز، سپس با توجه به افکار شما در مورد پیامدهای تعامل ناقلین شناسایی شده با اندام های دگرگونی های نوری ما، در غیاب هر چیز دیگری، باید با این موافقم 2.3. با توجه به بنیادی بودن "ثابت جهانی" بر اساس پارامترهای خاص یک حامل زرد یا یک حامل سبز، پس من معتقدم که اگر چنین " ثابت جهانیپس ماهیت آن با سه ناقل همراه است، نه با یکی از آنها. علاوه بر این، ماهیت ارتباط (به معنای غیررسمی، به عنوان مثال، در پلانک) باید مشخص شود. به نظر من این ماهیت مستقیماً از آزمایش های انجام شده نتیجه نمی گیرد. اطلاعات در مورد مواد موجود در عناصر حساس چشم و ماهیت تعامل ناقلین با این مواد بسیار مهم است. اما من هنوز این اطلاعات را ندارم. در عین حال، حامل های فردی سبز، قرمز و آبی، همانطور که از تجربه شرح داده شده در مقاله بر می آید، در طبیعت وجود ندارند. این مغالطه تئوری و ناقص عمل ارگبیست هاست. 3. من معتقدم دلیل کافی برای در نظر گرفتن نظرات سه دانشمندی که شما نام بردید داریم. شاید نیوتن از نظر "مکاشفه" محض مبتکرانه اش (حفره ای با قطر کوچک)، استفاده از منشور دوم و سکوت برای سی سال "خوش شانس" تر بود. در سوراخی با قطر بزرگتر (حدود سه قطر سوراخ نیوتنی و یک منشور نزدیک به سوراخ)، او ناامید می شود - طیف پیوسته را دریافت نمی کند. اما فقط چهار نوار رنگی خواهد داشت که دو جفت آن (قرمز - زرد و فیروزه ای - بنفش) با یک نوار نور سفید و نه سبز از هم جدا می شوند. تارخانوف O.V.

صدها هزار آزمایش فیزیکی در طول تاریخ هزار ساله علم انجام شده است. انتخاب چند "بهترین" آسان نیست

تغییر اندازه متن: A A

در میان فیزیکدانان آمریکایی و اروپای غربییک نظرسنجی انجام شد. محققین رابرت کریس و استونی بوک از آنها خواستند زیباترین آزمایش های فیزیک تاریخ را نام ببرند. یک محقق در آزمایشگاه اخترفیزیک نوترینو در مورد آزمایش‌هایی که طبق نتایج یک نظرسنجی توسط کریز و بوک در بین ده آزمایش برتر قرار دارند صحبت کرد. انرژی های بالا، کاندیدای علوم فیزیک و ریاضی ایگور سوکالسکی. 1. آزمایش اراتوستن سیرنیکی از قدیمی‌ترین آزمایش‌های فیزیکی شناخته‌شده، که در نتیجه آن شعاع زمین اندازه‌گیری شد، در قرن سوم قبل از میلاد توسط کتابدار کتابخانه معروف اسکندریه، اراستوتن سیرنه انجام شد. طراحی آزمایشی ساده است. در ظهر، در روز انقلاب تابستانی، در شهر سیه‌نا (اسوان کنونی) خورشید در اوج خود قرار داشت و اجسام سایه نمی انداختند. در همان روز و در همان زمان، در شهر اسکندریه، واقع در 800 کیلومتری سینا، خورشید تقریباً 7 درجه از اوج منحرف شد. این حدود 1/50 دایره کامل (360 درجه) است، به این معنی که محیط زمین 40000 کیلومتر و شعاع آن 6300 کیلومتر است. تقریباً باورنکردنی به نظر می رسد که چنین اندازه گیری شود روش سادهشعاع زمین فقط 5 درصد است کمتر از ارزش، به دست آمده توسط دقیق ترین روش های مدرن، سایت گزارش می دهد. 2. آزمایش گالیله گالیلهدر قرن هفدهم، دیدگاه غالب ارسطو بود که تعلیم داد که سرعت سقوط یک جسم به جرم آن بستگی دارد. هر چه بدن سنگین تر باشد سریعتر سقوط می کند. مشاهداتی که هر یک از ما می توانیم انجام دهیم زندگی روزمره، به نظر می رسد این را تایید می کند. سعی کنید یک خلال دندان سبک و یک سنگ سنگین را همزمان رها کنید. سنگ سریعتر زمین را لمس می کند. مشاهدات مشابه ارسطو را به این نتیجه رساند که دارایی اساسینیرویی که زمین با آن اجسام دیگر را جذب می کند. در واقع، سرعت سقوط نه تنها تحت تأثیر نیروی گرانش، بلکه تحت تأثیر نیروی مقاومت هوا نیز قرار دارد. نسبت این نیروها برای اجسام سبک و برای اجسام سنگین متفاوت است که منجر به اثر مشاهده شده می شود.

گالیله ایتالیایی در صحت نتایج ارسطو تردید کرد و راهی برای آزمایش آنها یافت. برای انجام این کار، او در همان لحظه یک گلوله توپ و یک گلوله تفنگ بسیار سبکتر را از برج کج پیزا پرتاب کرد. هر دو بدن تقریباً یکسان بودند شکل سادهبنابراین، هم برای هسته و هم برای گلوله، نیروهای مقاومت هوایی در مقایسه با نیروهای جاذبه ناچیز بود. گالیله دریافت که هر دو جسم در یک لحظه به زمین می رسند، یعنی سرعت سقوط آنها یکسان است.

نتایج به دست آمده توسط گالیله نتیجه قانون است جاذبه جهانیو قانونی که طبق آن شتاب تجربه شده توسط جسم با نیروی وارد بر آن نسبت مستقیم و با جرم آن نسبت معکوس دارد. 3. آزمایش دیگری از گالیله گالیلهگالیله مسافتی را که توسط نویسنده آزمایش با استفاده از یک ساعت آبی اندازه‌گیری شد، اندازه‌گیری کرد که توپ‌هایی که روی یک تخته شیبدار می‌غلتند، در فواصل زمانی مساوی می‌پوشیدند. این دانشمند دریافت که اگر زمان دو برابر شود، توپ ها چهار بار جلوتر می چرخند. این رابطه درجه دوم به این معنی بود که توپ‌ها تحت تأثیر گرانش شتاب می‌گرفتند، که در تضاد با بیانیه ارسطو بود که برای 2000 سال بدیهی تلقی می‌شد، مبنی بر اینکه اجسام تحت تأثیر نیرویی حرکت می‌کنند. سرعت ثابت، در حالی که اگر هیچ نیرویی به بدن وارد نشود در حالت استراحت است. نتایج این آزمایش توسط گالیله و همچنین نتایج آزمایش او با برج پیزا، بعدها مبنایی برای تدوین قوانین شد. مکانیک کلاسیک. 4. آزمایش هنری کاوندیشبعد از اینکه اسحاق نیوتن قانون گرانش جهانی را فرموله کرد: نیروی جاذبه بین دو جسم با جرم Mit که با فاصله r از یکدیگر جدا شده اند برابر است با F=γ(mM/r2)، باقی ماند تا مقدار ثابت گرانشی γ- برای انجام این کار، اندازه گیری نیروی جاذبه بین دو جسم ضروری بود توده های شناخته شده. انجام این کار چندان آسان نیست، زیرا نیروی جاذبه بسیار کم است. ما نیروی گرانش زمین را احساس می کنیم. اما نمی توان جاذبه یک کوه بسیار بزرگ را در نزدیکی احساس کرد، زیرا بسیار ضعیف است.

یک روش بسیار ظریف و حساس مورد نیاز بود. در سال 1798 توسط هنری کاوندیش هموطن نیوتن اختراع و مورد استفاده قرار گرفت. او از یک مقیاس پیچشی استفاده کرد - یک راکر با دو توپ که روی یک طناب بسیار نازک آویزان شده بود. کاوندیش جابجایی بازوی راکر (چرخش) را با نزدیک شدن سایر توپ های با جرم بیشتر به مقیاس اندازه گیری کرد. برای افزایش حساسیت، جابجایی توسط نقاط نور منعکس شده از آینه های نصب شده بر روی توپ های راکر تعیین شد. در نتیجه این آزمایش، کاوندیش توانست مقدار ثابت گرانشی را کاملاً دقیق تعیین کند و جرم زمین را برای اولین بار محاسبه کند.

5. آزمایش ژان برنارد فوکو

فیزیکدان فرانسوی ژان برنارد لئون فوکو چرخش زمین به دور محور خود را در سال 1851 با استفاده از یک آونگ 67 متری که از بالای گنبد پانتئون پاریس آویزان شده بود به طور تجربی ثابت کرد. صفحه نوسان آونگ نسبت به ستاره ها بدون تغییر باقی می ماند. ناظری که روی زمین قرار دارد و با آن می چرخد ​​می بیند که صفحه چرخش به آرامی در جهت مخالف جهت چرخش زمین می چرخد. 6. آزمایش اسحاق نیوتندر سال 1672، اسحاق نیوتن آزمایش ساده ای را انجام داد که در همه آنها توضیح داده شده است کتاب های درسی مدرسه. پس از بستن دریچه ها، سوراخ کوچکی در آنها ایجاد کرد که پرتوی از نور خورشید از آن عبور کرد. یک منشور در مسیر پرتو و یک صفحه در پشت منشور قرار داده شد. نیوتن روی صفحه نمایش "رنگین کمان" را مشاهده کرد: یک پرتو سفید از نور خورشید که از یک منشور عبور می کند به چندین پرتو رنگی تبدیل می شود - از بنفش تا قرمز. این پدیده پراکندگی نور نامیده می شود.

سر آیزاک اولین کسی نبود که این پدیده را مشاهده کرد. قبلاً در آغاز عصر ما ، مشخص بود که تک بلورهای بزرگ با منشاء طبیعی دارای خاصیت تجزیه نور به رنگ هستند. اولین مطالعات پراکندگی نور در آزمایشات با منشور مثلثی شیشه ای، حتی قبل از نیوتن، توسط هاریوت انگلیسی و طبیعت شناس چک Marzi انجام شد.

با این حال، قبل از نیوتن، چنین مشاهداتی مورد تجزیه و تحلیل جدی قرار نگرفتند و نتایج به دست آمده بر اساس آنها توسط آزمایش های اضافی بررسی نشدند. هریوت و مرزی هر دو از پیروان ارسطو باقی ماندند، او استدلال می‌کرد که تفاوت‌ها در رنگ با تفاوت در میزان تاریکی «مخلوط» با نور سفید تعیین می‌شود. به گفته ارسطو، رنگ بنفش زمانی رخ می دهد که تاریکی به بیشترین مقدار نور اضافه شود و قرمز - زمانی که تاریکی به کمترین مقدار اضافه شود. نیوتن این کار را کرد آزمایش های اضافیبا منشورهای متقاطع، هنگامی که نور از یک منشور عبور می کند، از منشور دیگری عبور می کند. او بر اساس مجموع آزمایش‌هایش به این نتیجه رسید که «هیچ رنگی از ترکیب سفید و سیاه با هم به وجود نمی‌آید، مگر رنگ‌های تیره متوسط. مقدار نور ظاهر رنگ را تغییر نمی دهد. او نشان داد که نور سفید را باید به عنوان یک ترکیب در نظر گرفت. رنگ های اصلی از بنفش تا قرمز است. این آزمایش نیوتن مثال قابل توجهی از چگونگی ارائه می دهد افراد مختلفبا مشاهده یک پدیده، آن را به روش های مختلف تفسیر می کنند و تنها کسانی که تفسیر آنها را زیر سوال می برند و آزمایش های اضافی انجام می دهند به نتیجه گیری صحیح می رسند. 7. آزمایش توماس یانگتا اوایل قرن نوزدهم، ایده هایی در مورد ماهیت جسمی نور غالب بود. نور متشکل از ذرات منفرد - ذرات در نظر گرفته شد. اگرچه پدیده‌های پراش و تداخل نور توسط نیوتن ("حلقه‌های نیوتن") مشاهده شد، اما دیدگاه عمومی پذیرفته شده جسمی باقی ماند. با نگاه کردن به امواج روی سطح آب از دو سنگ پرتاب شده، می توانید ببینید که چگونه امواج با همپوشانی روی یکدیگر می توانند تداخل ایجاد کنند، یعنی یکدیگر را خنثی یا متقابلاً تقویت کنند. بر این اساس، فیزیکدان و پزشک انگلیسی، توماس یانگ، در سال 1801 آزمایش هایی را با پرتوی نور انجام داد که از دو سوراخ در یک صفحه مات عبور می کرد و در نتیجه دو منبع نور مستقل شبیه به دو سنگ پرتاب شده در آب را تشکیل می داد. در نتیجه، او یک الگوی تداخلی متشکل از حاشیه‌های تیره و سفید متناوب را مشاهده کرد که اگر نور از ذرات تشکیل می‌شد، نمی‌توانست تشکیل شود. نوارهای تیره مربوط به مناطقی بود که در آن امواج نوراز دو شکاف یکدیگر را خنثی می کنند. نوارهای نوری در جایی که امواج نور متقابلاً یکدیگر را تقویت می کردند ظاهر می شدند. بدین ترتیب موجی بودن نور ثابت شد.

8. آزمایش کلاوس جانسون

کلاوس جانسون فیزیکدان آلمانی در سال 1961 آزمایشی مشابه آزمایش توماس یانگ در مورد تداخل نور انجام داد. تفاوت این بود که جانسون به جای پرتوهای نور از پرتوهای الکترون استفاده کرد. او الگوی تداخلی مشابه آنچه یانگ برای امواج نور مشاهده کرد به دست آورد. این صحت مفاد را تأیید کرد مکانیک کوانتومیدر مورد ماهیت موجی ترکیبی ذرات بنیادی. 9. آزمایش رابرت میلیکاناین ایده که بار الکتریکی هر جسمی گسسته است (یعنی از مجموعه ای بزرگتر یا کوچکتر از بارهای اولیه تشکیل شده است که دیگر در معرض تکه تکه شدن نیستند) در سال 2018 به وجود آمد. اوایل XIXقرن و توسط فیزیکدانان مشهوری مانند M. Faraday و G. Helmholtz حمایت شد. اصطلاح "الکترون" به این تئوری وارد شد که نشان دهنده یک ذره خاص - حامل بار الکتریکی اولیه است. با این حال، این اصطلاح در آن زمان کاملاً رسمی بود، زیرا نه خود ذره و نه بار الکتریکی اولیه مرتبط با آن به طور تجربی کشف نشده بودند. در سال 1895، K. Roentgen، در طی آزمایشاتی با یک لوله تخلیه، متوجه شد که آند آن، تحت تأثیر پرتوهایی که از کاتد پرواز می کنند، می تواند اشعه ایکس یا پرتوهای رونتگن خود را ساطع کند. در همان سال، فیزیکدان فرانسوی J. Perrin به طور تجربی ثابت کرد که پرتوهای کاتدی جریانی از ذرات با بار منفی هستند. اما، علیرغم مواد آزمایشی عظیم، الکترون یک ذره فرضی باقی ماند، زیرا هیچ آزمایش واحدی وجود نداشت که در آن تک تک الکترون ها شرکت کنند. فیزیکدان آمریکایی رابرت میلیکان روشی را توسعه داد که تبدیل شد نمونه کلاسیکآزمایش فیزیک زیبا Millikan موفق شد چندین قطره باردار آب را در فضای بین صفحات یک خازن جدا کند. با نورپردازی با اشعه ایکس، می‌توان هوای بین صفحات را کمی یونیزه کرد و بار قطرات را تغییر داد. وقتی میدان بین صفحات روشن شد، قطره به آرامی تحت تأثیر جاذبه الکتریکی به سمت بالا حرکت کرد. وقتی میدان خاموش شد، تحت تأثیر گرانش پایین آمد. با روشن و خاموش کردن میدان، می توان هر یک از قطرات معلق بین صفحات را به مدت 45 ثانیه مطالعه کرد و پس از آن تبخیر شد. تا سال 1909، این امکان وجود داشت که مشخص شود بار هر قطره ای همیشه مضرب صحیحی از مقدار اساسی e (بار الکترون) است. این شواهد قانع کننده ای بود که الکترون ها ذراتی با بار و جرم یکسان هستند. میلیکان با جایگزینی قطرات آب با قطرات نفت توانست مدت زمان مشاهدات را به 4.5 ساعت افزایش دهد و در سال 1913 با حذف منابع احتمالی خطا یکی پس از دیگری، اولین مقدار اندازه گیری شده بار الکترون را منتشر کرد: e = (0.009 ± 4.774). ) x 10-10 واحد الکترواستاتیک. 10. آزمایش ارنست رادرفورددر آغاز قرن بیستم مشخص شد که اتم ها از الکترون های با بار منفی و نوعی بار مثبت تشکیل شده اند که به همین دلیل اتم به طور کلی خنثی می ماند. با این حال، مفروضات زیادی در مورد اینکه این سیستم "مثبت-منفی" چگونه به نظر می رسد وجود داشت، در حالی که به وضوح کمبود داده های تجربی وجود داشت که امکان انتخاب به نفع یک یا مدل دیگر را فراهم می کرد. اکثر فیزیکدانان مدل J. J. Thomson را پذیرفتند: اتم به عنوان یک توپ مثبت باردار یکنواخت با قطر تقریباً 108 سانتی متر با الکترون های منفی شناور در داخل. در سال 1909، ارنست رادرفورد (با کمک هانس گایگر و ارنست مارسدن) آزمایشی را برای درک ساختار واقعی اتم انجام داد. در این آزمایش، ذرات آلفای با بار مثبت سنگین که با سرعت 20 کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کنند، از ورق طلای نازک عبور کرده و بر روی اتم‌های طلا پراکنده شده و از جهت اصلی حرکت منحرف شده‌اند. برای تعیین درجه انحراف، گایگر و مارسدن مجبور شدند از یک میکروسکوپ برای مشاهده فلاش های صفحه سوسوزن که در محل برخورد ذره آلفا به صفحه رخ می دهد، استفاده کنند. در طول دو سال، حدود یک میلیون شعله شمارش شد و ثابت شد که تقریباً یک ذره در 8000، در نتیجه پراکندگی، جهت حرکت خود را بیش از 90 درجه تغییر می دهد (یعنی به عقب برمی گردد). این احتمالاً نمی تواند در اتم "شل" تامسون اتفاق بیفتد. نتایج به وضوح مدل سیاره‌ای اتم را تأیید می‌کند - یک هسته کوچک عظیم با اندازه حدود 10-13 سانتی‌متر و الکترون‌هایی که به دور این هسته در فاصله حدوداً 10-8 سانتی‌متری می‌چرخند، آزمایش‌های فیزیکی مدرن بسیار پیچیده‌تر از آزمایش‌ها هستند از گذشته در برخی، دستگاه ها در مناطقی به وسعت ده ها هزار کیلومتر مربع قرار می گیرند، در برخی دیگر حجمی به اندازه یک کیلومتر مکعب را پر می کنند. و دیگران به زودی در سیارات دیگر اجرا خواهند شد. اتفاقا میدونی

نیوتن با عبور نور خورشید از یک منشور شیشه ای دریافت که نور خورشید ترکیب پیچیده ای دارد. از تشعشعاتی با قابلیت شکست پذیری مختلف و رنگ های مختلف تشکیل شده است. درجه انکسار و رنگ تابش یک به یک مرتبط هستند. نیوتن نوشت: «کمترین اشعه‌هایی که نشکن‌پذیر هستند فقط می‌توانند رنگ قرمز تولید کنند و برعکس، همه پرتوهایی که قرمز به نظر می‌رسند کمترین قابلیت شکستن مجدد را دارند». نمودار یکی از آزمایش ها در یک حکاکی باستانی به تصویر کشیده شده است.

نیوتن با جدا کردن تابش یک رنگ خاص از طیف و عبور آن از یک منشور برای بار دوم دریافت که آنها دیگر به یک طیف تقسیم نمی شوند، زیرا آنها ساده، یا همگنتوسط ترکیب

نیوتن تابش همگن را در معرض انواع دگرگونی ها قرار داد: انکسار، تمرکز، بازتاب از سطوح با رنگ های متفاوت. او نشان داد که یک تشعشع همگن معین نمی تواند رنگ اصلی خود را تغییر دهد، مهم نیست که چه دگرگونی هایی را متحمل می شود. کل تنوع رنگ ها از رنگ های تابش های همگن طیف خورشیدی و رنگ های مخلوط آنها تشکیل شده است. به غیر از آنها، هیچ رنگ جدیدی از هیچ تبدیل نور به دست نمی آید، زیرا هر دگرگونی فقط تبدیل های متفاوت تابش های یکسان است. "...اگر نور خورشید فقط از یک نوع پرتو تشکیل شده باشد، در کل جهان فقط یک رنگ وجود خواهد داشت..."- نیوتن استدلال کرد.

در نیوتن ما ابتدا تقسیم علم رنگ را به دو بخش می یابیم: هدف- فیزیکی و ذهنیمرتبط با ادراک حسی نیوتن می نویسد: "... پرتوها، به طور دقیق، رنگی نیستند. هیچ چیز دیگری در آنها وجود ندارد، جز قدرت یا استعداد خاصی برای برانگیختن این یا آن رنگ." نیوتن بیشتر بین صدا و رنگ قیاس می کند. "درست مثل حرکات نوسانیهوا که روی گوش تأثیر می گذارد، حس صدا را ایجاد می کند.

نیوتن توضیح درستی برای رنگ اجسام طبیعی و سطوح اجسام داد. توضیح او را می توان به طور کلمه بیان کرد. این رنگ‌ها از این واقعیت ناشی می‌شوند که برخی از اجسام طبیعی انواع خاصی از اشعه‌ها را منعکس می‌کنند، اجسام دیگر برخی از انواع را به وفور منعکس می‌کنند تا سایرین، کمترین انکسار پرتوها را به وفور منعکس می‌کنند و رنگ قرمز ایجاد می‌کنند و بنابراین بنفش‌ها به وفور منعکس می‌شوند انکسارترین پرتوها، به همین دلیل اجسام دیگر نیز پرتوهای رنگ خود را به وفور منعکس می‌کنند و به لطف بیش از حد و تسلط آن‌ها در نور بازتاب‌شده، رنگ خاص خود را دارد. ”

نیوتن اولین آزمایش ها را روی آن انجام داد اختلاط رنگ نوری، و همچنین توسط طبقه بندی و بیان کمی آنها.

نیوتن نوشت: «با مخلوط کردن رنگ‌ها می‌توان رنگ‌هایی را به دست آورد که از نظر ظاهری شبیه رنگ‌های نور همگن باشند، اما نه با توجه به تغییر ناپذیری رنگ‌ها و ساختار نور». در اینجا کاملاً مشخص است که تابش با ترکیب طیفی متفاوت می تواند به عنوان رنگ یکسان درک شود. در علم رنگ مدرن به این پدیده استقلال رنگ از ترکیب طیفی تابش می گویند. این زمینه را فراهم می کند تا رنگ مخلوطی از تابش ها را با رنگ تابش های مخلوط، بدون در نظر گرفتن ترکیب طیفی آنها، تعیین کنیم.

بعداً به این موضوع باز خواهیم گشت و خواهیم دید که پدیده استقلال رنگ با ساختار چشم توضیح داده می شود. اما این در زمان نیوتن شناخته شده نبود. او این پدیده را به صورت تجربی کشف کرد و بعدها از آن برای یافتن رنگ های مخلوطی از تشعشعات بر اساس رنگ تابش های مخلوط استفاده کرد.

نیوتن معتقد بود که هفت رنگ اصلی وجود دارد که با مخلوط کردن آنها می توان تمام رنگ های موجود در طبیعت را به دست آورد. اینها رنگهای قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش طیف هستند. نور خورشید. تقسیم طیف به هفت رنگ تا حدی دلخواه است. در مورد این ویلهلم اسوالد(1853-1932، شیمیدان فیزیک آلمانی، مؤسسه ویژه ای را در آلمان برای مطالعه مشکلات رنگی سازماندهی کرد) خاطرنشان می کند که سبزی های دریای سرد و سبزهای با برگ های تیره متفاوت هستند. ادراک بصریتقریباً مانند رنگ های قرمز و بنفش. اما به گفته نیوتن، همه رنگ های سبز تنها با یک رنگ نشان داده می شوند. علاوه بر این، نیوتن به اشتباه معتقد بود که همه رنگ ها را می توان با مخلوط کردن هفت رنگ اصلی به دست آورد. اکنون می دانیم که سه رنگ اصلی برای این کار کافی است. با این وجود، حتی اکنون در روسی، مانند بسیاری دیگر، برای تعیین این هفت رنگ از آنها استفاده می کنند کلمات ساده. رنگ های دیگر را یا می نامیم کلمات پیچیده، برگرفته از این هفت، به عنوان مثال سبز آبی، یا برای این کار نه نام واقعی رنگ ها، بلکه از نام اجسام (جسم ها)، به عنوان مثال، آجر، فیروزه، زمرد و غیره استفاده می کنیم.

نیوتن ابتدا یک نمودار رنگی به نام چرخه رنگ نیوتن معرفی کرد. او از آن برای نظم بخشیدن به تنوع رنگ ها و تعیین رنگ مخلوط آنها از رنگ هایی که با هم می آمیختند استفاده کرد. نیوتن افزودن گرافیکی رنگ ها را بر اساس قانون یافتن مرکز ثقل بنا کرد. این قانون هنوز هم امروزه به طور گسترده برای محاسبات رنگ در نمودارهای رنگی و برای ویژگی های کمیگل ها

بر اساس نمودار رنگ و افزودن گرافیکی رنگ ها، نتیجه منطقی خود نشان می دهد که هر رنگی را می توان تنها با مخلوط کردن سه رنگ به دست آورد. با این حال، بیش از صد سال پس از مرگ نیوتن طول کشید تا این قانون اساسی علم رنگ در نهایت تثبیت شود و توضیح آن در فرض ماهیت سه رنگی بینایی بیابد.

ایگور سوکالسکی،
کاندیدای علوم فیزیک و ریاضی
«شیمی و زندگی» شماره 12، 2006

در پنج مقاله قبلی مجموعه «کیهان: ماده، زمان، فضا» با استفاده از قیاس تئاتر، در مورد چگونگی کارکرد دنیای ما صحبت کردیم. زمان و مکان صحنه ای را تشکیل می دهند که در آن پیچیده ترین و پیچیده ترین است خطوط داستانیعمده و فرعی شخصیت هاو همچنین بازیگران نامرئی. باقی مانده است که در مورد من و شما - در مورد مخاطب صحبت کنیم. ما آن را به موقع برای شروع اجرا، که 14 میلیارد سال پیش آغاز شد، انجام ندادیم و اخیراً در مقیاس زمانی کیهانی در سالن ظاهر شد - فقط چند هزار سال گذشته است. اما ما توانسته‌ایم چیزهای زیادی در مورد کنش نمایشی بفهمیم، اگرچه هنوز چیزهای بیشتری باید کشف شود. همه نمایندگان نژاد بشر زندگی خود را وقف آگاهی از قوانین طبیعت نمی کنند. فقط بخش کوچکی از دانشمندان. نحوه انجام این کار دو مقاله آخر این مجموعه است. ابتدا اجازه دهید در مورد زیباترین آزمایش های فیزیک گذشته صحبت کنیم.
(ادامه. برای آغاز به شماره 7، شماره 9-، 2006 مراجعه کنید)

تف به چشم هرکسی که بگوید تو میتوانی بیکران را در آغوش بگیری.
کوزما پروتکوف

زمین کره ای است با شعاع حدود 6400 کیلومتر. هسته اتم هلیوم از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است. قدرت جاذبه گرانشیبین دو جسم با حاصل ضرب جرم آنها نسبت مستقیم و با مجذور فواصل بین آنها نسبت معکوس دارد. تقریباً 100 میلیارد ستاره در کهکشان ما وجود دارد. دمای سطح خورشید حدود 6 هزار درجه است. این واقعیت‌های فیزیکی ساده با ده‌ها هزار مورد دیگر، بسیار متفاوت – به همین سادگی قابل درک، یا نه خیلی ساده، یا کاملاً پیچیده – جمع می‌شوند که تصویری فیزیکی از جهان را تشکیل می‌دهند.

فردی که شروع به آشنایی با فیزیک می کند ناگزیر حداقل دو سوال جدی دارد.

آیا برای درک باید همه چیز را به خاطر بسپارید؟

سوال اول: آیا واقعاً برای درک ساختار کیهان و قوانینی که بر اساس آن وجود دارد، باید تمام حقایق فیزیکی را که تاکنون انباشته شده است، یاد گرفت و به خاطر آورد؟! البته نه. این غیر ممکن است. حقایق بسیار زیاد است. بسیار بیشتر از چیزی که نه تنها در مغز انسان، بلکه حتی در دیسک مغناطیسی مدرن ترین ابررایانه جای می گیرد. فقط مقدار اطلاعات در مورد اندازه، دما، کلاس طیفی و مکان همه ستارگان در کهکشان ما 2-3 ترابایت است. اگر ویژگی های دیگر ستارگان را در اینجا اضافه کنیم، آنگاه این حجم چندین ده یا حتی صدها برابر افزایش می یابد. اگر ستاره های کهکشان های دیگر را در نظر بگیریم، مقدار داده ها میلیون ها برابر بیشتر می شود. و همچنین اطلاعاتی در مورد سیارات، سحابی های گاز و غبار. و همچنین اطلاعاتی در مورد ذرات بنیادی، خواص و توزیع آنها بر حجم کیهان. و همچنین ... و همچنین ... و همچنین ...

کاملاً غیرممکن است که چنین تعدادی از اعداد را در جایی به خاطر بسپارید یا حتی به سادگی بنویسید. خوشبختانه این کار ضروری نیست. این زیبایی هماهنگ غیرقابل بیان جهان ماست، که تنوع بی‌نهایتی از حقایق از تعداد بسیار کمی سرچشمه می‌گیرد. اصول اساسی. با درک این اصول، نه تنها می توان انواع زیادی از حقایق فیزیکی را درک کرد، بلکه پیش بینی کرد. به عنوان مثال، سیستم معادلات الکترودینامیک که 150 سال پیش توسط جیمز ماکسول پیشنهاد شد، تنها شامل چهار معادله است که حداکثر 1/10 صفحه کتاب درسی را اشغال می کند. اما از این معادلات می توان کل مجموعه به ظاهر عظیم پدیده های مرتبط با الکترومغناطیس را استنباط کرد.

در اصل، فیزیک مدرن هدف خود را ساختن یک نظریه یکپارچه قرار می‌دهد که شامل تنها چند معادله (در حالت ایده‌آل یکی) باشد که تمام واقعیت‌های فیزیکی جدید شناخته شده را توصیف می‌کند و به درستی پیش‌بینی می‌کند.

از کجا بدانیم؟

سوال دوم: چگونه می دانیم و چرا مطمئن هستیم که همه اینها واقعاً چنین است؟ اینکه زمین کروی شکل است. اینکه در هسته هلیوم دو پروتون و دو نوترون وجود دارد. که نیروی جاذبه بین دو جسم با جرم آنها نسبت مستقیم و با مجذور فواصل آنها نسبت معکوس دارد. که معادلات ماکسول به درستی پدیده های الکترومغناطیسی را توصیف می کند. ما این را از آزمایش های فیزیکی می دانیم. روزی روزگاری، مدت‌ها پیش، مردم به تدریج از تفکر ساده در مورد پدیده‌های طبیعی به مطالعه آنها با کمک آزمایش‌های آگاهانه تنظیم شده‌اند که نتایج آن به صورت اعداد بیان می‌شود. در حدود قرن های 16-17، اصل شناخت فیزیکی طبیعت شکل گرفت که هنوز هم در خدمت علم است و می توان آن را به صورت شماتیک اینگونه نشان داد:

پدیده → فرضیه → پیش بینی → آزمایش → نظریه.

برای توضیح هر کدام پدیده طبیعیفیزیکدانان فرضیه ای را تدوین می کنند که می تواند این پدیده را توضیح دهد. بر اساس فرضیه، یک پیش بینی انجام می شود که به طور کلی عدد معینی است. مورد دوم به صورت تجربی با انجام اندازه گیری ها تأیید می شود. اگر عدد به دست آمده در نتیجه آزمایش با عدد پیش بینی شده مطابقت داشته باشد، فرضیه رتبه یک نظریه فیزیکی را دریافت می کند. در غیر این صورت، همه چیز به مرحله دوم باز می گردد: یک فرضیه جدید فرموله می شود، یک پیش بینی جدید انجام می شود و یک آزمایش جدید انجام می شود.

آزمایش کلید درک جهان است

علیرغم سادگی ظاهری طرح، فرآیندی که در پنج کلمه و چهار پیکان توصیف شده است، در واقع گاهی هزاران سال طول می کشد. یک مثال خوب مدل جهان است که قبلاً در یکی از مقالات قبلی به سیر تکاملی آن پرداختیم. در آغاز عصر ما، مدل زمین مرکزی بطلمیوس ایجاد شد که بر اساس آن، زمین در مرکز جهان قرار داشت و خورشید، ماه و سیارات به دور آن می چرخیدند. با این حال، این مدل، که به طور کلی برای هزار و پانصد سال پذیرفته شده است، با مشکلات جدی رو به افزایشی روبرو شده است. موقعیت‌های مشاهده‌شده در آسمان خورشید، ماه و سیارات با پیش‌بینی‌های مدل زمین‌مرکزی مطابقت نداشتند و با افزایش دقت مشاهدات، چنین تناقضی به طور فزاینده‌ای غیرقابل حل شد. این امر نیکلاس کوپرنیک را وادار کرد تا در اواسط قرن شانزدهم مدلی را پیشنهاد کند که بر اساس آن خورشید به جای زمین در مرکز قرار دارد. به لطف دقت بی سابقه (برای آن زمان) مشاهدات تیکو براهه، که نتایج آن با پیش بینی های مدل هلیومرکزی همخوانی داشت، فرضیه ی هلیوسنتریک تاییدی درخشان دریافت کرد. دومی به طور کلی پذیرفته شد، بنابراین وضعیت یک نظریه را دریافت کرد.

این مثال و همچنین نموداری که در نظر گرفتیم، نقش کلیدی آزمایش را در فرآیند شناخت علمی جهان پیرامون نشان می دهد. فقط از طریق آزمایش می توان یک مدل فیزیکی را تأیید کرد. بسیار مهم است که نتایج آزمایش و همچنین پیش‌بینی‌های مدل فیزیکی، کیفی نیستند، بلکه کمی هستند. یعنی مجموعه ای از بیشترین را نشان می دهند اعداد معمولی. بنابراین، مقایسه نتایج محاسبه شده و اندازه گیری شده یک روش کاملاً بدون ابهام است. فقط به لطف این یک آزمایش فیزیکی می تواند به کلیدی تبدیل شود که راه را برای درک جهان باز می کند.

ده تا از زیباترین ها

ده ها و صدها هزار آزمایش فیزیکی در طول تاریخ هزار ساله علم انجام شده است. انتخاب چند "بهترین" برای صحبت کردن آسان نیست. معیار انتخاب چی باید باشه؟

چهار سال پیش در روزنامه " نیویورک تایمز» مقاله ای از رابرت کریس و استونی بوک منتشر شد. نتایج یک نظرسنجی انجام شده در بین فیزیکدانان را تشریح کرد. هر پاسخ دهنده باید ده آزمایش فیزیکی زیبا در تاریخ فیزیک را نام می برد. به نظر ما ملاک زیبایی به هیچ وجه کمتر از سایر معیارها نیست. بنابراین، ما در مورد آزمایش هایی صحبت خواهیم کرد که طبق نتایج نظرسنجی Kreese and Book در بین ده برتر قرار گرفتند.

1. آزمایش اراتوستن سیرن

یکی از قدیمی‌ترین آزمایش‌های فیزیکی شناخته‌شده، که در نتیجه آن شعاع زمین اندازه‌گیری شد، در قرن سوم قبل از میلاد توسط کتابدار کتابخانه معروف اسکندریه، اراتوستن سیرنه، انجام شد. طراحی آزمایشی ساده است. در ظهر، در روز انقلاب تابستانی، در شهر سیه‌نا (اسوان کنونی)، خورشید در اوج خود قرار داشت و اجسام سایه نمی انداختند. در همان روز و در همان زمان، در شهر اسکندریه، واقع در 800 کیلومتری سینا، خورشید تقریباً 7 درجه از اوج منحرف شد. این حدود 1/50 دایره کامل (360 درجه) است، به این معنی که محیط زمین 40000 کیلومتر و شعاع آن 6300 کیلومتر است. تقریباً باورنکردنی به نظر می رسد که شعاع زمین اندازه گیری شده با چنین روش ساده ای فقط 5٪ کمتر از مقدار بدست آمده با دقیق ترین روش های مدرن باشد.

2. آزمایش گالیله گالیله

در قرن هفدهم، دیدگاه غالب ارسطو بود که تعلیم داد که سرعت سقوط یک جسم به جرم آن بستگی دارد. هر چه بدن سنگین تر باشد سریعتر سقوط می کند. به نظر می رسد مشاهداتی که هر یک از ما می توانیم در زندگی روزمره انجام دهیم این را تأیید می کند. سعی کنید یک خلال دندان سبک و یک سنگ سنگین را همزمان رها کنید. سنگ سریعتر زمین را لمس می کند. چنین مشاهداتی ارسطو را در مورد خاصیت بنیادی نیرویی که زمین با آن اجسام دیگر را جذب می کند، به این نتیجه رساند. در واقع، سرعت سقوط نه تنها تحت تأثیر نیروی گرانش، بلکه تحت تأثیر نیروی مقاومت هوا نیز قرار دارد. نسبت این نیروها برای اجسام سبک و برای اجسام سنگین متفاوت است که منجر به اثر مشاهده شده می شود.

گالیله ایتالیایی در صحت نتایج ارسطو تردید کرد و راهی برای آزمایش آنها یافت. برای انجام این کار، او در همان لحظه یک گلوله توپ و یک گلوله تفنگ بسیار سبکتر را از برج کج پیزا پرتاب کرد. هر دو بدنه تقریباً یک شکل کارآمد داشتند، بنابراین، هم برای هسته و هم برای گلوله، نیروهای مقاومت هوا در مقایسه با نیروهای گرانش ناچیز بود. گالیله دریافت که هر دو جسم در یک لحظه به زمین می رسند، یعنی سرعت سقوط آنها یکسان است.

نتایج به دست آمده توسط گالیله نتیجه قانون گرانش جهانی و قانونی است که طبق آن شتاب تجربه شده توسط یک جسم با نیروی وارد بر آن نسبت مستقیم و با جرم آن نسبت معکوس دارد.

3. آزمایش دیگری از گالیله گالیله

گالیله مسافتی را که توسط نویسنده آزمایش با استفاده از یک ساعت آبی اندازه‌گیری شد، اندازه‌گیری کرد که توپ‌هایی که روی یک تخته شیبدار می‌غلتند در بازه‌های زمانی مساوی می‌پیوندند.

این دانشمند دریافت که اگر زمان دو برابر شود، توپ ها چهار بار جلوتر می چرخند. این رابطه درجه دوم به این معنی بود که توپ ها تحت تأثیر گرانش با سرعتی شتابان حرکت می کردند، که با ادعای ارسطو، که برای 2000 سال پذیرفته شده بود، در تضاد بود، اجسامی که بر آنها نیرو وارد می شود با سرعت ثابت حرکت می کنند، در حالی که اگر نیرویی اعمال نشود. به بدن، سپس در حال استراحت است. نتایج این آزمایش توسط گالیله، مانند نتایج آزمایش او با برج پیزا، بعدها مبنایی برای تدوین قوانین مکانیک کلاسیک قرار گرفت.

4. آزمایش هنری کاوندیش

بعد از اینکه اسحاق نیوتن قانون گرانش جهانی را فرموله کرد: نیروی گرانش افبین دو بدن با جرم مو متر، با فاصله از یکدیگر جدا شده اند r، برابر است اف = γ( میلی متر/r 2)، برای تعیین مقدار ثابت گرانشی γ باقی مانده است. برای این کار لازم بود نیروی جاذبه بین دو جسم با جرم مشخص اندازه گیری شود. انجام این کار چندان آسان نیست، زیرا نیروی جاذبه بسیار کم است. ما نیروی گرانش زمین را احساس می کنیم. اما نمی توان جاذبه یک کوه بسیار بزرگ را در نزدیکی احساس کرد، زیرا بسیار ضعیف است.

یک روش بسیار ظریف و حساس مورد نیاز بود. در سال 1798 توسط هنری کاوندیش هموطن نیوتن اختراع و مورد استفاده قرار گرفت. او از یک مقیاس پیچشی استفاده کرد - یک راکر با دو توپ که روی یک طناب بسیار نازک آویزان شده بود. کاوندیش جابجایی بازوی راکر (چرخش) را با نزدیک شدن سایر توپ های با جرم بیشتر به مقیاس اندازه گیری کرد. برای افزایش حساسیت، جابجایی توسط نقاط نور منعکس شده از آینه های نصب شده بر روی توپ های راکر تعیین شد. در نتیجه این آزمایش، کاوندیش توانست مقدار ثابت گرانشی را کاملاً دقیق تعیین کند و جرم زمین را برای اولین بار محاسبه کند.

5. آزمایش ژان برنارد فوکو

فیزیکدان فرانسوی ژان برنارد لئون فوکو چرخش زمین به دور محور خود را در سال 1851 با استفاده از یک آونگ 67 متری که از بالای گنبد پانتئون پاریس آویزان شده بود به طور تجربی ثابت کرد. صفحه نوسان آونگ نسبت به ستاره ها بدون تغییر باقی می ماند. ناظری که روی زمین قرار دارد و با آن می چرخد ​​می بیند که صفحه چرخش به آرامی در جهت مخالف جهت چرخش زمین می چرخد.

6. آزمایش اسحاق نیوتن

در سال 1672، آیزاک نیوتن آزمایش ساده ای را انجام داد که در تمام کتاب های درسی مدرسه توضیح داده شده است. پس از بستن دریچه ها، سوراخ کوچکی در آنها ایجاد کرد که پرتوی از نور خورشید از آن عبور کرد. یک منشور در مسیر پرتو و یک صفحه در پشت منشور قرار داده شد. نیوتن روی صفحه نمایش "رنگین کمان" را مشاهده کرد: یک پرتو سفید از نور خورشید که از یک منشور عبور می کند به چندین پرتو رنگی تبدیل می شود - از بنفش تا قرمز. این پدیده پراکندگی نور نامیده می شود.

سر آیزاک اولین کسی نبود که این پدیده را مشاهده کرد. قبلاً در آغاز عصر ما ، مشخص بود که تک بلورهای بزرگ با منشاء طبیعی دارای خاصیت تجزیه نور به رنگ هستند. اولین مطالعات پراکندگی نور در آزمایشات با منشور مثلثی شیشه ای، حتی قبل از نیوتن، توسط هاریوت انگلیسی و طبیعت شناس چک Marzi انجام شد.

با این حال، قبل از نیوتن، چنین مشاهداتی مورد تجزیه و تحلیل جدی قرار نگرفتند و نتایج به دست آمده بر اساس آنها توسط آزمایش های اضافی بررسی نشدند. هریوت و مرزی هر دو از پیروان ارسطو باقی ماندند، او استدلال می‌کرد که تفاوت‌ها در رنگ با تفاوت در میزان تاریکی «مخلوط» با نور سفید تعیین می‌شود. به گفته ارسطو، رنگ بنفش زمانی رخ می دهد که تاریکی به بیشترین مقدار نور اضافه شود و قرمز - زمانی که تاریکی به کمترین مقدار اضافه شود. نیوتن آزمایش‌های دیگری را با منشورهای متقاطع انجام داد، زمانی که نور از یک منشور عبور کرد و سپس از منشور دیگر عبور کرد. او بر اساس مجموع آزمایش‌هایش به این نتیجه رسید که «هیچ رنگی از ترکیب سفید و سیاه با هم به وجود نمی‌آید، مگر رنگ‌های تیره متوسط. مقدار نور ظاهر رنگ را تغییر نمی دهد. او نشان داد که نور سفید را باید به عنوان یک ترکیب در نظر گرفت. رنگ های اصلی از بنفش تا قرمز است.

این آزمایش نیوتن به عنوان یک مثال قابل توجه از این است که چگونه افراد مختلف با مشاهده یک پدیده، آن را به روش های مختلف تفسیر می کنند و تنها کسانی که تفسیر آنها را زیر سوال می برند و آزمایش های اضافی انجام می دهند به نتایج صحیح می رسند.

7. آزمایش توماس یانگ

تا اوایل قرن نوزدهم، ایده هایی در مورد ماهیت جسمی نور غالب بود. نور متشکل از ذرات منفرد - ذرات در نظر گرفته شد. اگرچه پدیده‌های پراش و تداخل نور توسط نیوتن ("حلقه‌های نیوتن") مشاهده شد، اما دیدگاه عمومی پذیرفته شده جسمی باقی ماند.

با نگاه کردن به امواج روی سطح آب از دو سنگ پرتاب شده، می توانید ببینید که چگونه امواج با همپوشانی روی یکدیگر می توانند تداخل ایجاد کنند، یعنی یکدیگر را خنثی یا متقابلاً تقویت کنند. بر این اساس، فیزیکدان و پزشک انگلیسی، توماس یانگ، در سال 1801 آزمایش هایی را با پرتوی نور انجام داد که از دو سوراخ در یک صفحه مات عبور می کرد و در نتیجه دو منبع نور مستقل شبیه به دو سنگ پرتاب شده در آب را تشکیل می داد. در نتیجه، او یک الگوی تداخلی متشکل از حاشیه‌های تیره و سفید متناوب را مشاهده کرد که اگر نور از ذرات تشکیل می‌شد، نمی‌توانست تشکیل شود. نوارهای تیره مربوط به مناطقی است که امواج نور از دو شکاف یکدیگر را خنثی می کنند. نوارهای نوری در جایی که امواج نور متقابلاً یکدیگر را تقویت می کردند ظاهر می شدند. بدین ترتیب موجی بودن نور ثابت شد.

8. آزمایش کلاوس جانسون

کلاوس جانسون فیزیکدان آلمانی در سال 1961 آزمایشی مشابه آزمایش توماس یانگ در مورد تداخل نور انجام داد. تفاوت این بود که جانسون به جای پرتوهای نور از پرتوهای الکترون استفاده کرد. او الگوی تداخلی مشابه آنچه یانگ برای امواج نور مشاهده کرد به دست آورد. این امر صحت مفاد مکانیک کوانتومی را در مورد ماهیت موجی ترکیبی ذرات بنیادی تأیید کرد.

9. آزمایش رابرت میلیکان

این ایده که بار الکتریکی هر جسمی گسسته است (یعنی شامل مجموعه ای بزرگتر یا کوچکتر از بارهای اولیه است که دیگر در معرض تکه تکه شدن نیستند) در آغاز قرن نوزدهم بوجود آمد و توسط فیزیکدانان مشهوری مانند مایکل پشتیبانی شد. فارادی و هرمان هلمهولتز اصطلاح "الکترون" به این تئوری وارد شد که نشان دهنده یک ذره خاص - حامل بار الکتریکی اولیه است. با این حال، این اصطلاح در آن زمان کاملاً رسمی بود، زیرا نه خود ذره و نه بار الکتریکی اولیه مرتبط با آن به طور تجربی کشف نشده بودند. در سال 1895، ویلهلم کنراد رونتگن، طی آزمایش‌هایی با یک لوله تخلیه، متوجه شد که آند آن، تحت تأثیر پرتوهایی که از کاتد پرواز می‌کنند، می‌تواند اشعه ایکس یا پرتوهای رونتگن خود را ساطع کند. در همان سال، فیزیکدان فرانسوی ژان باپتیست پرین به طور تجربی ثابت کرد که پرتوهای کاتدی جریانی از ذرات با بار منفی هستند. اما، علیرغم مواد آزمایشی عظیم، الکترون یک ذره فرضی باقی ماند، زیرا هیچ آزمایش واحدی وجود نداشت که در آن تک تک الکترون ها شرکت کنند.

فیزیکدان آمریکایی رابرت میلیکان روشی را توسعه داد که به نمونه ای کلاسیک از یک آزمایش فیزیک زیبا تبدیل شده است. Millikan موفق شد چندین قطره باردار آب را در فضای بین صفحات یک خازن جدا کند. با نورپردازی با اشعه ایکس، می‌توان هوای بین صفحات را کمی یونیزه کرد و بار قطرات را تغییر داد. وقتی میدان بین صفحات روشن شد، قطره به آرامی تحت تأثیر جاذبه الکتریکی به سمت بالا حرکت کرد. وقتی میدان خاموش شد، تحت تأثیر گرانش پایین آمد. با روشن و خاموش کردن میدان، می توان هر یک از قطرات معلق بین صفحات را به مدت 45 ثانیه مطالعه کرد و پس از آن تبخیر شد. تا سال 1909، این امکان وجود داشت که تعیین کرد که بار هر قطره ای همیشه مضربی صحیح از مقدار بنیادی است. ه(بار الکترون). این شواهد قانع کننده ای بود که الکترون ها ذراتی با بار و جرم یکسان هستند. میلیکان با جایگزینی قطرات آب با قطرات نفت توانست مدت زمان مشاهدات را به 4.5 ساعت افزایش دهد و در سال 1913 با حذف منابع احتمالی خطا یکی پس از دیگری، اولین مقدار اندازه گیری شده بار الکترون را منتشر کرد: ه= (0.009 ± 4.774) × 10 -10 واحد الکترواستاتیک.

10. آزمایش ارنست رادرفورد

در آغاز قرن بیستم مشخص شد که اتم ها از الکترون های با بار منفی و نوعی بار مثبت تشکیل شده اند که به همین دلیل اتم به طور کلی خنثی می ماند. با این حال، مفروضات زیادی در مورد اینکه این سیستم "مثبت-منفی" چگونه به نظر می رسد وجود داشت، در حالی که به وضوح کمبود داده های تجربی وجود داشت که امکان انتخاب به نفع یک یا مدل دیگر را فراهم می کرد. اکثر فیزیکدانان مدل جوزف جان تامسون را پذیرفتند: اتم به عنوان یک توپ مثبت باردار یکنواخت با قطر حدود 10-8 سانتی متر با الکترون های منفی شناور در داخل.

در سال 1909، ارنست رادرفورد (با کمک هانس گایگر و ارنست مارسدن) آزمایشی را برای درک ساختار واقعی اتم انجام داد. در این آزمایش، ذرات α با بار مثبت سنگین که با سرعت 20 کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کردند، از ورق طلای نازک عبور کردند و بر روی اتم‌های طلا پراکنده شدند و از جهت اصلی حرکت منحرف شدند. برای تعیین درجه انحراف، گایگر و مارسدن مجبور شدند از یک میکروسکوپ برای مشاهده فلاش های صفحه سوسوزن استفاده کنند که در محل برخورد ذره α به صفحه رخ می دهد. در طول دو سال، حدود یک میلیون شعله شمارش شد و ثابت شد که تقریباً یک ذره در 8000، در نتیجه پراکندگی، جهت حرکت خود را بیش از 90 درجه تغییر می دهد (یعنی به عقب برمی گردد). این احتمالاً نمی تواند در اتم "شل" تامسون اتفاق بیفتد. نتایج به وضوح مدل سیاره ای اتم نامیده می شود - یک هسته ریز عظیم با اندازه حدود 10-13 سانتی متر و الکترون هایی که به دور این هسته در فاصله حدود 10-8 سانتی متر می چرخند.

آزمایش‌های فیزیکی مدرن بسیار پیچیده‌تر از آزمایش‌های گذشته هستند. در برخی، دستگاه ها در مناطقی به وسعت ده ها هزار کیلومتر مربع قرار می گیرند، در برخی دیگر حجمی به اندازه یک کیلومتر مکعب را پر می کنند. ثالثا... اما منتظر شماره بعدی باشیم. آزمایش‌های فیزیکی مدرن موضوع مقاله بعدی (و آخرین) این مجموعه است.