در طول تاریخ، بشر به ماهیت پدیده ای مانند نور فکر کرده است. از زمان های قدیم تا به امروز، ایده ها در مورد آن تغییر کرده و بهبود یافته است. رایج ترین فرضیه ها این است که نور یک ذره یا یک موج است. شاخه ای از علم مدرن که به مطالعه ماهیت و رفتار نور می پردازد اپتیک نام دارد.
تاریخچه توسعه ایده ها در مورد نور
طبق عقاید فیلسوفان یونان باستان، مانند ارسطو، نور پرتوهایی است که از چشم انسان ساطع می شود. از طریق اتر، ماده شفافی که فضا را پر می کند، این پرتوها پخش می شوند و به فرد اجازه می دهند اشیا را ببیند.
فیلسوف دیگر، افلاطون، پیشنهاد کرد که خورشید منبع نور در زمین است.
فیثاغورث فیلسوف و ریاضیدان معتقد بود که ذرات ریز از اجسام خارج می شوند. آنها با ورود به چشم انسان، تصوری از ظاهر این اشیاء به ما می دهند.
علی رغم ساده لوحی ظاهری، این فرضیه ها پایه و اساس توسعه بیشتر اندیشه را گذاشتند.
بنابراین، در قرن هفدهم، دانشمند آلمانی، یوهانس کپلرنظریه ای نزدیک به عقاید افلاطون و فیثاغورث بیان کرد. به نظر او نور یک ذره یا به عبارت دقیق تر، جریانی از ذرات است که از منبعی منتشر می شود.
فرضیه جسمی نیوتن
دانشمند اسحاق نیوتن نظریه ای را ارائه کرد که تا حدی ایده های متضاد در مورد این پدیده را با هم ترکیب کرد.
طبق فرضیه نیوتن، نور ذره ای است که سرعت حرکت آن بسیار زیاد است. سلول‌ها در محیطی همگن منتشر می‌شوند و به طور یکنواخت و مستقیم از منبع نور حرکت می‌کنند. اگر جریان این ذرات وارد چشم شود، فرد منبع آن را مشاهده می کند.
به گفته این دانشمند، جسدها اندازه‌های مختلفی داشتند که حس رنگهای متفاوتی را ایجاد می‌کردند. به عنوان مثال، ذرات بزرگ به این واقعیت کمک می کنند که یک فرد قرمز می بیند. او پدیده انعکاس یک جریان نور را با برگشت ذرات از یک سد جامد استدلال کرد.
دانشمند رنگ سفید را با ترکیبی از تمام رنگهای طیف توضیح داد. این نتیجه گیری اساس نظریه پراکندگی او است، پدیده ای که او در سال 1666 کشف کرد.
فرضیه های نیوتن در میان معاصرانش مقبولیت زیادی پیدا کرد و بسیاری از پدیده های نوری را توضیح داد.
نظریه موجی هویگنس
دانشمند دیگری در همان زمان، کریستین هویگنس، موافق نبود که نور یک ذره است. او فرضیه موجی ماهیت نور را مطرح کرد.
هویگنس معتقد بود که تمام فضای بین اجسام و در خود اجسام پر از اتر است و تابش نور پالس است، امواجی که در این اتر منتشر می شوند. هر بخش از اتر که به نور می رسدموج به منبعی از امواج به اصطلاح ثانویه تبدیل می شود. آزمایش‌ها بر روی تداخل و پراش نور، امکان توضیح موجی ماهیت نور را تأیید کرد.
نظریه هویگنس در زمان او به رسمیت شناخته نشد، زیرا بیشتر دانشمندان تمایل داشتند نور را یک ذره در نظر بگیرند. با این حال، متعاقباً توسط بسیاری از دانشمندان، مانند یونگ و فرنل، پذیرفته و اصلاح شد.
توسعه بیشتر بازدیدها
این سوال که نور در فیزیک چیست همچنان ذهن دانشمندان را به خود مشغول می کرد. در قرن نوزدهم، جیمز کلرک ماکسول این نظریه را مطرح کرد که تابش نور امواج الکترومغناطیسی با فرکانس بالا است. ایده های او بر این واقعیت استوار بود که سرعت نور در خلاء برابر با سرعت امواج الکترومغناطیسی است.
در سال 1900، ماکس پلانک اصطلاح "کوانتوم" را به علم معرفی کرد که به عنوان "بخش"، "مقدار کم" ترجمه می شود. به گفته پلانک، تابش امواج الکترومغناطیسی به طور مداوم اتفاق نمی‌افتد، بلکه در بخش‌هایی به صورت کوانتومی رخ می‌دهد.
این ایده ها توسط آلبرت انیشتین ایجاد شد. او پیشنهاد کرد که نور نه تنها ساطع می شود، بلکه توسط ذرات نیز جذب و منتشر می شود. او برای تعیین آنها از کلمه "فوتون" استفاده کرد (این اصطلاح برای اولین بار توسط گیلبرت لوئیس پیشنهاد شد).
دوگانگی موج-ذره
توضیح مدرن ماهیت نور در مفهوم دوگانگی موج-ذره نهفته است. ماهیت این پدیده این است که ماده می تواند خواص امواج و ذرات را نشان دهد. نور نمونه ای از این موارد است.مطالعات دانشمندانی که به نظرات ظاهراً متضادی رسیده اند، تأییدی بر ماهیت دوگانه نور است. نور در آن واحد هم ذره است و هم موج. درجه تجلی هر یک از این خواص به شرایط فیزیکی خاص بستگی دارد. در موارد خاص، نور خواص یک موج الکترومغناطیسی را نشان می‌دهد و نظریه موج منشأ آن را تأیید می‌کند، در موارد دیگر، نور جریانی از ذرات (فوتون) است. این زمینه را فراهم می کند که بگوییم نور یک ذره است.
نور اولین ماده در تاریخ فیزیک شد که وجود دوآلیسم موج جسمی را تشخیص داد. بعدها، این خاصیت در تعدادی از موارد دیگر کشف شد، به عنوان مثال، رفتار موج در مولکول ها و نوکلئون ها مشاهده می شود.
در مجموع می توان گفت که نور پدیده ای منحصر به فرد است که تاریخچه پیدایش افکار در مورد آن بیش از دو هزار سال است. با توجه به درک مدرن از این پدیده، نور ماهیت دوگانه دارد و خواص امواج و ذرات را نشان می دهد.
