اما چقدر این مولفه اساسی در دنیای اطرافمان را می‌شناسیم؟ آیا از اجزای سازنده آن و یا نحوه گسترش‌اش در عالم اطلاع داریم؟ در این مقاله قرار است وارد دنیای شگفت‌انگیز نور شویم!

نور چیست؟

نور را می‌توان دریچه‌ای به عالم هستی دانست - از مقیاس اتمی تا مقیاس‌های بزرگ کیهانی. نور یا تابش الکترومغناطیسی تقریبا تمام اطلاعات مربوط به عالم را به ما می‌رساند.


نور از بسته‌های گسسته انرژی یا اصطلاحا «کوانتای انرژی» به نام «فوتون» تشکیل شده است. فوتون‌ را می‌توان واحد بنیادی تابش الکترومغناطیس دانست. هنگامی که از کلمه بنیادی صحبت می‌کنیم، بدین معناست که نمی‌توان آن را به ذرات یا اجزایی کوچکتر تجزیه کرد.

نوری که همین لحظه از صفحه نمایش به چشم شما می‌رسد، از میلیاردها میلیارد فوتون تشکیل شده است. به جرات می‌توان گفت در تمام صنایع کاربرد دارد. هرچه بیشتر به نور و کاربردهای آن در دنیای روزمره فکر می‌کنیم، بیشتر متوجه می‌شویم زندگی ما حول نور بنا شده است. ما به صورت پیوسته به فوتون‌ها نیاز داریم.

تابش الکترومغناطیسی

در علم فیزیک، امواج به دو دسته «امواج مکانیکی» و «امواج الکترومغناطیسی» تقسیم می‌شوند. امواج مکانیکی آن دسته از امواجی هستند که برای انتشار نیاز به محیط مادی دارند. به عنوان مثال، می‌توان به «صوت» اشاره کرد. امواج صوتی در خلاء منتشر نمی‌شوند.

از سوی دیگر، امواج الکترومغناطیسی برای انتشار نیاز به محیط مادی ندارند و در خلاء نیز انتشار می‌یابند. می‌توان گفت امواج الکترومغناطیسی اساسا رسانه خودشان هستند. مثلا، نور یک موج الکترومغناطیسی - تابش الکترومغناطیسی - است. پس به عبارت دیگر، نور نوعی انرژی است.

طیف‌های تابش الکترومغناطیسی

با این‌حال در نظر داشته باشید که یک تابش الکترومغناطیس که ما آن را نور می‌نامیم، شامل تمام طیف الکترومغناطیسی است. این گستره برحسب افزایش بسامد (متناظر با کاهش طول موج) عبارت است از: امواج رادیویی، ریزموج، فروسرخ (مادون قرمز)، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. در این گستره تنها نور مرئی با چشم غیرمسلح قابل دیدن است.

تمام این امواج الکترومغناطیسی با سرعت نور حرکت می‌کنند، اما هرکدام برهمکنش متفاوتی با ماده دارند. به عنوان مثال، درحالیکه اشعه ایکس می‌تواند از پوست بدن انسان عبور کند، نور مرئی چنان توانایی را ندارد. برهمکنش نور - همان موج الکترومغناطیسی - با ماده به فرکانس آن بستگی دارد.

جالب است بدانید تمام اجسام تابش الکترومغناطیسی دارند. اکثر اجسام تشعشعات الکترومغناطیسی را در طیف مادون قرمز انجام می‌دهند - که این تابش با چشم غیرمسلح قابل دیدن نیست.

اما اگر یک دوربین مادون قرمز دستی داشته باشیم، می‌توانیم تابش‌های اجسام با رنگ‌های مختلف که ناشی از دمای آن‌ها است را، ببینیم. اجسام با گرم‌تر شدن طول موج‌های کوتاه‌تری ایجاد می‌کنند. اما در دماهای بالاتر، نور فرابنفش تولید می‌شود.


دوگانگی موج-ذره

فیزیکدانان سال‌ها برای درک رفتار امواج الکترومغناطیسی مطالعه کرده‌اند. آن‌‌ها درنهایت با انجام آزمایشات متعدد مانند آزمایش «فوتوالکتریک» یا مطالعه پدیده «کامپتون» دریافتند فوتون‌ها رفتار دوگانه دارد. به عبارت دیگر، مانند سایر ذرات زیراتمی، فوتون‌ها رفتار دوگانه موج-ذره دارند.

بدین ترتیب، فوتون‌ها گاهی رفتار موجی دارند و همانند امواج در فضا گسترش پیدا می‌کنند - نحوه گسترش یک موج روی سطح یک برکه آرام پس از انداختن یک سنگ کوچک را تصور کنید - و گاهی نیز رفتار ذره گونه دارند و به صورت ذرات نقطه مانند رفتار می‌کنند.

حالا که می‌دانیم با رفتار دوگانه خود در فضا منتشر می‌شود، آیا می‌توانیم سرعت انتشار آن را بدست آوریم؟ آیا به یک عدد ثابت - که به عنوان ثابت جهانی شناخته شده است - دست می‌یابیم؟

سرعت نور

باز هم پای «آلبرت اینشتین» به میان آمد! این اعجوبه دنیای علم در سال 1905 با بیان جمله‌ای عجیب تحولی در دنیای فیزیک ایجاد کرد. او گفت: «سرعت نور ثابت است!». این نکته درک ما از ماهیت نور را به کلی تغییر داد.

امروزه ما می‌دانیم هیچ چیز نمی‌تواند از نور سریع‌تر باشد! به عبارت دیگر، نور همیشه پرسرعت‌ترین است - حداقل در تئوری. شاید بتوان روزی در عالم ذراتی را کشف کرد که قادر هستند با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کنند.

سال نوری

اساساً مسافتی که نور در طول یک سال طی می‌کند را سال نوری می‌گویند.

در علم نجوم، به علت آنکه فواصل میان اجرام بسیار بسیار زیاد است، استفاده از مفهوم سال نوری در توصیف مسافت‌ها بسیار رایج است.

در مقیاس‌های بزرگتر که عمدتا در علم کیهانشناسی تعریف می‌شوند، از مفهوم سال نوری و سرعت نور برای تعریف فواصل کیهانی برحسب واحدهایی مانند «پارسِک» یا «مگا پارسک» استفاده می‌شود.