श्वेत प्रकाश के विक्षेपण का क्या कारण है?

1600 के दशक में विज्ञान में प्रकाश की प्रकृति एक बड़ा विवाद था, और प्रिज्म तूफान के केंद्र में थे। कुछ वैज्ञानिकों का मानना ​​​​था कि प्रकाश एक तरंग घटना है, और कुछ ने सोचा कि यह एक कण है। अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ सर आइजैक न्यूटन पूर्व शिविर में थे - यकीनन इसके नेता - जबकि डच दार्शनिक क्रिस्टियान ह्यूजेंस ने विपक्ष का नेतृत्व किया।

विवाद के परिणामस्वरूप अंततः यह समझौता हुआ कि प्रकाश एक तरंग और एक कण दोनों है। 1900 के दशक में क्वांटम सिद्धांत की शुरुआत तक यह समझ संभव नहीं थी, और लगभग 300 वर्षों तक, वैज्ञानिकों ने अपनी बात की पुष्टि करने के लिए प्रयोग करना जारी रखा। सबसे महत्वपूर्ण शामिल प्रिज्मों में से एक।

तथ्य यह है कि एक प्रिज्म एक स्पेक्ट्रम बनाने वाले सफेद प्रकाश को फैलाता है, जिसे तरंग और कणिका सिद्धांत दोनों द्वारा समझाया जा सकता है। अब जब वैज्ञानिक जानते हैं कि प्रकाश वास्तव में फोटॉन नामक तरंग विशेषताओं वाले कणों से बना है, उनके पास है प्रकाश के फैलाव का कारण क्या है, इसका एक बेहतर विचार है, और यह पता चला है कि इसका तरंग गुणों के साथ अधिक संबंध है corpuscular वाले।

प्रकाश का अपवर्तनयही कारण है कि एक प्रिज्म एक स्पेक्ट्रम बनाने वाले सफेद प्रकाश को बिखेर देता है। अपवर्तन इसलिए होता है क्योंकि प्रकाश घने माध्यम, जैसे कांच, में हवा की तुलना में अधिक धीमी गति से यात्रा करता है। एक स्पेक्ट्रम का निर्माण, जिसका इंद्रधनुष दृश्य घटक है, संभव है क्योंकि सफेद प्रकाश है वास्तव में तरंग दैर्ध्य की एक पूरी श्रृंखला के साथ फोटॉन से बना है, और प्रत्येक तरंग दैर्ध्य एक अलग पर अपवर्तित होता है कोण।

विवर्तन एक ऐसी घटना है जो तब होती है जब प्रकाश बहुत संकरी झिरी से होकर गुजरता है। व्यक्तिगत फोटॉन समुद्र की दीवार में एक संकीर्ण उद्घाटन से गुजरने वाली पानी की लहरों की तरह व्यवहार करते हैं। जैसे ही लहरें उद्घाटन से गुजरती हैं, वे कोनों के चारों ओर झुकती हैं और फैल जाती हैं, और यदि आप अनुमति देते हैं स्क्रीन से टकराने के लिए तरंगें, वे प्रकाश और अंधेरे रेखाओं का एक पैटर्न तैयार करेंगी जिसे विवर्तन कहा जाता है पैटर्न। रेखा पृथक्करण विवर्तन कोण, आपतित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और झिरी की चौड़ाई का एक फलन है।

विवर्तन स्पष्ट रूप से एक तरंग घटना है, लेकिन आप कणों के प्रसार के परिणामस्वरूप अपवर्तन की व्याख्या कर सकते हैं, जैसा कि न्यूटन ने किया था। वास्तव में क्या हो रहा है, इसका सटीक अंदाजा लगाने के लिए, आपको यह समझने की जरूरत है कि प्रकाश वास्तव में क्या है और यह उस माध्यम से कैसे संपर्क करता है जिससे वह यात्रा करता है।

यदि प्रकाश एक सच्ची तरंग होती, तो उसे एक माध्यम की आवश्यकता होती जिसके माध्यम से यात्रा की जा सके, और ब्रह्मांड को ईथर नामक एक भूतिया पदार्थ से भरना होगा, जैसा कि अरस्तू का मानना ​​​​था। माइकलसन-मॉर्ले प्रयोग ने साबित कर दिया कि ऐसा कोई ईथर ईथर मौजूद नहीं है। यह पता चला है कि प्रकाश प्रसार की व्याख्या करने के लिए वास्तव में इसकी आवश्यकता नहीं है, भले ही प्रकाश कभी-कभी लहर के रूप में व्यवहार करता है।

प्रकाश एक विद्युत चुम्बकीय घटना है। एक बदलते विद्युत क्षेत्र एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है, और इसके विपरीत, और परिवर्तनों की आवृत्ति दालों को बनाती है जो प्रकाश की किरण बनाती हैं। निर्वात के माध्यम से यात्रा करते समय प्रकाश एक स्थिर गति से यात्रा करता है, लेकिन माध्यम से यात्रा करते समय दालें माध्यम में परमाणुओं के साथ बातचीत करती हैं, और तरंग का वेग कम हो जाता है।

माध्यम जितना सघन होगा, किरण उतनी ही धीमी होगी। घटना के वेगों का अनुपात (v_मैं) और अपवर्तित (v .)_आर) प्रकाश एक स्थिरांक (n) है जिसे इंटरफ़ेस के लिए अपवर्तन सूचकांक कहा जाता है:

जब प्रकाश की किरण दो माध्यमों के बीच इंटरफेस से टकराती है तो यह दिशा बदल देती है, और परिवर्तन की मात्रा n पर निर्भर करती है। यदि आपतन कोण हैθ_मैंऔर अपवर्तन कोण हैθ_आर, कोणों का अनुपात द्वारा दिया गया हैस्नेल का नियम​:

विचार करने के लिए एक और पहेली टुकड़ा है। किसी तरंग का वेग उसकी आवृत्ति और उसकी तरंगदैर्घ्य और आवृत्ति का गुणनफल होता हैएफप्रकाश का परिवर्तन नहीं होता है क्योंकि यह इंटरफ़ेस से गुजरता है। इसका मतलब है कि तरंग दैर्ध्य को change द्वारा दर्शाए गए अनुपात को संरक्षित करने के लिए बदलना चाहिएनहीं. कम आपतित तरंगदैर्घ्य वाला प्रकाश लंबी तरंगदैर्घ्य वाले प्रकाश की अपेक्षा अधिक कोण पर अपवर्तित होता है।

सफेद प्रकाश सभी संभव तरंग दैर्ध्य के साथ फोटॉन के प्रकाश का एक संयोजन है। दृश्यमान स्पेक्ट्रम में, लाल प्रकाश की तरंग दैर्ध्य सबसे लंबी होती है, इसके बाद नारंगी, पीला, हरा, नीला, नील और बैंगनी (ROYGBIV) होता है। ये इंद्रधनुष के रंग हैं, लेकिन आप इन्हें केवल त्रिकोणीय प्रिज्म से ही देखेंगे।

जब प्रकाश कम सघनता से अधिक सघन माध्यम में जाता है, जैसा कि प्रिज्म में प्रवेश करने पर होता है, तो यह अपने घटक तरंग दैर्ध्य में विभाजित हो जाता है। जब प्रकाश प्रिज्म से बाहर निकलता है तो ये फिर से जुड़ जाते हैं, और यदि दो प्रिज्म चेहरे समानांतर हैं, तो एक पर्यवेक्षक सफेद प्रकाश को उभरता हुआ देखता है। दरअसल, करीब से देखने पर एक पतली लाल रेखा और एक पतली बैंगनी रेखा दिखाई देती है। वे प्रिज्म सामग्री में प्रकाश किरण के धीमा होने के कारण होने वाले फैलाव के थोड़े भिन्न कोणों के प्रमाण हैं।

जब प्रिज्म त्रिभुजाकार होता है, तो बीम के प्रिज्म में प्रवेश करने और छोड़ने पर आपतन कोण भिन्न होते हैं, इसलिए अपवर्तन के कोण भी भिन्न होते हैं। जब आप प्रिज्म को उचित कोण पर रखते हैं, तो आप अलग-अलग तरंग दैर्ध्य द्वारा गठित स्पेक्ट्रम को देख सकते हैं।

आपतित बीम के कोण और निर्गत बीम के कोण के बीच के अंतर को विचलन कोण कहा जाता है। प्रिज्म आयताकार होने पर सभी तरंग दैर्ध्य के लिए यह कोण अनिवार्य रूप से शून्य होता है। जब फलक समानांतर नहीं होते हैं, तो प्रत्येक तरंग दैर्ध्य विचलन के अपने विशिष्ट कोण के साथ उभरता है, और प्रिज्म से बढ़ती दूरी के साथ देखे गए इंद्रधनुष के बैंड चौड़ाई में वृद्धि करते हैं।

आपने निस्संदेह एक इंद्रधनुष देखा है, और आप सोच रहे होंगे कि आप उन्हें केवल तभी देख सकते हैं जब सूर्य आपके पीछे हो और आप बादलों या बारिश की बौछार के लिए एक विशेष कोण पर हों। पानी की बूंद के अंदर प्रकाश का अपवर्तन होता है, लेकिन अगर यह पूरी कहानी होती, तो पानी आपके और सूर्य के बीच होता, और आमतौर पर ऐसा नहीं होता है।

प्रिज्म के विपरीत, पानी की बूंदें गोल होती हैं। घटना सूरज की रोशनी हवा/पानी के इंटरफेस पर अपवर्तित होती है, और इसमें से कुछ यात्रा करते हैं और दूसरी तरफ से निकलते हैं, लेकिन वह प्रकाश नहीं है जो इंद्रधनुष पैदा करता है। कुछ प्रकाश पानी की बूंद के अंदर परावर्तित होता है और छोटी बूंद के उसी तरफ से निकलता है। यही वह प्रकाश है जो इन्द्रधनुष को उत्पन्न करता है।

सूर्य से निकलने वाले प्रकाश में नीचे की ओर प्रक्षेपवक्र होता है। प्रकाश वर्षा की बूंद के किसी भी भाग से बाहर निकल सकता है, लेकिन सबसे बड़ी सांद्रता में विचलन का कोण लगभग 40 डिग्री होता है। बूंदों का संग्रह जिससे इस विशेष कोण पर प्रकाश निकलता है, आकाश में एक गोलाकार चाप बनाता है। यदि आप एक हवाई जहाज से इंद्रधनुष को देखने में सक्षम थे, तो आप एक पूर्ण वृत्त देख पाएंगे, लेकिन जमीन से आधा वृत्त काट दिया जाता है और आप केवल विशिष्ट अर्धवृत्ताकार चाप देखते हैं।