בואו נראה: מה זה אור?

הוא סביבנו ומאפשר לראות את העולם. אך שאלו מאיש מאיתנו, ורובם לא יוכלו להסביר מה באמת האור הזה. האור עוזר לנו להבין את העולם בו אנו חיים. שפה זו משקפת את שפתנו: בחושך אנו עוברים למגע אנו מתחילים לראות אור עם תחילת השחר. ובכל זאת אנו רחוקים מלהבין את העולם המלא. אם מקרבים קרן אור, מה יהיה בה? כן, האור זז מהר להפליא, אך האם אי אפשר להשתמש בו לנסיעות? וכן הלאה וכן הלאה.

אך לא כל צורות הקרינה זהות. בסוף המאה ה -19 הצליחו המדענים לקבוע את המהות המדויקת של קרינת האור. והדבר המוזר ביותר הוא שהתגלית הזו לא באה בתהליך של לימוד אור, אלא יצאה מעשרות שנים של עבודה על טבע החשמל והמגנטיות.

חשמל ומגנטיות נראים מושלמיםדברים שונים. אבל מדענים כמו האנס כריסטיאן אורסטד ומייקל פאראדיי גילו שהם שזורים זה בזה. אורסטד מצא כי הזרם החשמלי שעובר דרך החוט הסיט את מחט המצפן המגנטי. בינתיים, פאראדיי גילה כי העברת מגנט ליד חוט יכולה ליצור זרם חשמלי בתיל.

המתמטיקאים של אותו יום השתמשו בתצפיות אלהליצור תיאוריה המתארת ​​את התופעה החדשה והמוזרה הזו, אותה כינו "אלקטרומגנטיות". אבל רק ג'יימס קלקר מקסוול יכול לתאר את כל התמונה.

קשה להפריז בתרומתו של מקסוול למדע. אלברט איינשטיין, בהשראת מקסוול, אמר שהוא שינה את העולם לנצח. בין היתר, החישובים שלו עזרו לנו להבין מה האור.

עצם הביטוי שהאור הוא צורהקרינה אלקטרומגנטית לא אומרת הרבה. אבל זה עוזר לתאר את מה שכולנו מבינים: האור הוא ספקטרום של צבעים. תצפית זו מתוארכת לעבודתו של אייזק ניוטון. אנו רואים את ספקטרום הצבעים במלוא הדרו כאשר קשת עולה בשמיים - וצבעים אלה קשורים ישירות לתפיסה של מקסוול של גלים אלקטרומגנטיים.

האור האדום בקצה הקשת הואקרינה אלקטרומגנטית באורך גל של 620 עד 750 ננומטר; הצבע הסגול בקצה השני הוא קרינה באורך גל של 380 עד 450 ננומטר. אבל יש יותר קרינה אלקטרומגנטית מאשר צבעים גלויים. אור באורך גל ארוך יותר מאדום אנו מכנים אינפרא אדום. אור באורך גל קצר מסגול נקרא אולטרה סגול. בעלי חיים רבים יכולים לראות באולטרה סגול, ישנם אנשים, אומר אלפתריוס גולילמקיס ממכון מקס פלאנק לאופטיקה קוונטית בגארצ'ינג, גרמניה. בחלק מהמקרים אנשים רואים אפילו אינפרא אדום. אולי זו הסיבה שזה לא מפתיע אותנו שאנחנו קוראים צורות אור אולטרה סגולות ואינפרא אדום.

אולם, באופן מוזר, אם אורך הגל יהפוךאפילו קצר יותר או ארוך יותר, אנו מפסיקים לקרוא להם "אור". מחוץ לאולטרה סגול, גלים אלקטרומגנטיים יכולים להיות קצרים מ- 100 ננומטר. זהו תחום קרני הרנטגן וקרני הגמא. האם שמעת אי פעם שצילומי רנטגן נקראים צורת האור?

עבודתו של מקסוול בתחום האלקטרומגנטיותהוביל אותנו הלאה והראה שאור גלוי הוא חלק מספקטרום רחב של קרינה. גם טבעו האמיתי של האור התבהר. במשך מאות שנים מנסים מדענים להבין באיזו צורה אור לוקח בפועל בקנה מידה בסיסי כשהוא עובר ממקור אור לעינינו.

חלקם האמינו שאור נע בצורה של גלים.או אדוות, באוויר או ב"אתר "המסתורי. אחרים חשבו שמודל הגל הזה שגוי, וראו אור כזרם של חלקיקים זעירים. ניוטון היה נוטה לדעה שנייה, במיוחד לאחר סדרת ניסויים שערך עם אור ומראות.

כאשר האור עובר דרך חריצים דקים, הוא מתנהג כמו גלי מים העוברים דרך חור צר: הם מתפזרים ומתפשטים בצורת אדווה חצי כדורית.

כאשר האור הזה עובר דרך שתי חריצים, כל אחדהגל מכבה אחר ויוצר טלאים כהים. כאשר האדוות מתכנסות, היא מתווספת ויוצרת קווים אנכיים בהירים. הניסוי של יונג אישר, פשוטו כמשמעו, את מודל הגלים, ולכן מקסוול הכניס את הרעיון הזה למתמטיקה מוצקה. האור הוא גל.

בדרך כלל אתה משנה את כמות האנרגיה בגל,מה שהופך אותו גבוה יותר - דמיין צונאמי גבוה של כוח הרס - ולא ארוך יותר או קצר יותר. במובן רחב יותר, הדרך הטובה ביותר להגדיל את האנרגיה שהאור מעביר לאלקטרונים היא להפוך את גל האור לגובה: כלומר, להפוך את האור לבהיר יותר. שינוי אורך הגל, ומכאן האור, לא היה אמור להיות משנה הרבה.

איינשטיין הבין שקל יותר להבין את האפקט הפוטואלקטרי אם אתה מדמיין אור במינוח של פלאנק קוונטה.

הוא הציע שהאור נישא על ידי זעיריםמנות קוונטיות. כל קוונטי נושא חלק של אנרגיה נפרדת הקשורה לאורך הגל: ככל שאורך הגל קצר יותר, האנרגיה צפופה יותר. זה עשוי להסביר מדוע חלקים של אור סגול עם אורך גל קצר יחסית נושאים אנרגיה רבה יותר מאשר חלקים של אור אדום עם אורך גל ארוך יחסית.

זה גם יסביר מדוע עלייה פשוטה בהירות האור לא באמת משפיעה על התוצאה.

בהיר יותר מספק חלקים נוספים לאורמתכת, אך זה לא משנה את כמות האנרגיה שנשא כל חלק. באופן גס, מנה אחת של אור סגול יכולה להעביר יותר אנרגיה לאלקטרון אחד מאשר מנות רבות של אור אדום.

אינשטיין קרא למנות אלה של פוטוני אנרגיה וב-הם מוכרים כיום כחלקיקים בסיסיים. אור גלוי מועבר על ידי פוטונים, וסוגים אחרים של קרינה אלקטרומגנטית כמו רנטגן, מיקרוגל וגל רדיו -. במילים אחרות, האור הוא חלקיק.

צופה בגלי האור האישיים האלההיה הצעד הראשון בדרך לשליטה ושינוי האור, הוא אומר, בדיוק כשאנחנו משנים את גלי הרדיו לשאת אותות רדיו וטלוויזיה.

לפני מאה שנה הראה האפקט הפוטואלקטריכי האור הנראה משפיע על אלקטרונים במתכת. גולילמקיס אומר כי צריך להיות אפשרי לשלוט במדויק על האלקטרונים הללו באמצעות גלי אור גלויים שמשתנים באופן שיוצר אינטראקציה עם המתכת בצורה מוגדרת היטב. "אנו יכולים לשלוט על האור ולהשתמש בו כדי לשלוט על החומר," הוא אומר.

זה יכול לחולל מהפכה בתחום האלקטרוניקה,להוביל לדור חדש של מחשבים אופטיים שיהיו קטנים ומהירים משלנו. "אנחנו יכולים להזיז אלקטרונים כרצוננו, ליצור זרמים חשמליים בתוך מוצקים בעזרת אור, ולא כמו במוצרי אלקטרוניקה רגילים."

הנה דרך נוספת לתאר את האור: זהו כלי.

עם זאת, שום דבר חדש. החיים השתמשו באור מאז שהיצורים הראשוניים הראשונים פיתחו רקמות רגישות. עיניהם של אנשים נתפסות על ידי פוטונים של אור גלוי, אנו משתמשים בהן כדי ללמוד את העולם סביבנו. הטכנולוגיה המודרנית מרחיקה את הרעיון הזה עוד יותר. בשנת 2014 הוענק פרס נובל לכימיה לחוקרים שבנו מיקרוסקופ אור חזק כל כך שהוא נחשב לבלתי אפשרי פיזית. התברר שאם תנסו, האור יכול להראות לנו דברים שחשבנו שלעולם לא נראה.