Дисперзија светлости: историја откривања и опис феномена

Свет око себе је испуњен милионима различитих нијанси. Због својстава светлости, сваки објекат и објекат око нас има одређену боју, опажену људским видом. Проучавање светлосних таласа и њихових карактеристика омогућило је људима да дубље сагледају природу светлости и феномене повезане са њом. Данас ћемо говорити о варијанси.

Природа светлости

Са физичке тачке гледишта, светлост је комбинација електромагнетних таласа различитих дужина и фреквенција. Људско око не опажа ниједну светлост, већ само ону чији се таласна дужина креће од 380 до 760 нм. Преостале врсте остају нама невидљиве. То укључује, на примјер, инфрацрвено и ултраљубичасто зрачење. Познати научник Исаац Невтон представља светлост као правац протока најмањих честица. Тек касније је доказано да је то по природи талас. Међутим, Њутн је још увек делимично био у праву. Чињеница је да светлост поседује не само таласне, већ и корпускуларне особине. То потврђује добро познати феномен фотоелектричног ефекта. Испада да лигхт флук има двојну природу.

Цолор спецтрум

Бела светлост, доступна људском виду, је скуп неколико таласа, од којих се сваки одликује одређеном фреквенцијом и само-енергијом фотона. У складу са тим, може се разложити на таласе различитих боја. Свака од њих се назива монокроматска, а специфична боја има свој домет, фреквенцију таласа и енергију фотона. Другим речима, енергија коју емитује супстанца (или апсорбована) се дистрибуира према горе наведеним индикаторима. Ово објашњава постојање светлосног спектра. На пример зелена боја спектар одговара фреквенцији у распону од 530 до 600 ТХз, а љубичаста - од 680 до 790 ТХз.

Свјетлосна дисперзија

Свако од нас је икада видио зраке које свјетлуцају на обрађеним стакленим производима или, на примјер, на дијамантима. Ово се може приметити због феномена дисперзије светлости. Овај ефекат одражава зависност индекса преламања објекта (супстанце, медија) од дужине (фреквенције) светлосног таласа који пролази кроз овај објекат. Последица ове зависности је разлагање снопа у спектар боја, на пример, када пролази кроз призму. Дисперзија светлости се изражава следећом једначином:

н = ƒ (ƛ)

где је н индекс рефракције, ƛ је фреквенција, а ƒ таласна дужина. Индекс рефракције повећава се са повећањем фреквенције и опадајућом таласном дужином. Често посматрамо дисперзију у природи. Његова најљепша манифестација је дуга која се формира због расипања сунчеве свјетлости при проласку кроз бројне кишне капи.

Први кораци ка откривању дисперзије

Као што је горе поменуто, када пролази кроз призму, светлосни ток се распадне у спектар боја, што је Исак Њутн детаљно проучавао у одређеном времену. Резултат његовог истраживања био је откриће феномена дисперзије 1672. године. Научно интересовање за својства светлости појавило се пре наше ере. Славни Аристотел је већ приметио да сунчева светлост може имати различите нијансе. Научник је тврдио да природа боје зависи од "количине таме" која је присутна у белој светлости. Ако га има пуно, онда је ту пурпурна боја, а ако је мала, онда црвена. Велики мислилац је такође рекао да је главна боја светлосних зрака бијела.

Невтоново истраживање претходника

Аристотелову теорију о интеракцији таме и светлости нису оспоравали научници 16. и 17. века. И чешки истраживач Марци и енглески физичар Хариот су самостално изводили експерименте са призмом и били су чврсто увјерени да је узрок појаве различитих нијанси спектра управо мијешање свјетлосног тока с тамом док је пролазио кроз призму. На први поглед, налази научника могли би се назвати логичним. Али њихови експерименти су били прилично површни и нису могли да их подрже додатним истраживањима. То је било све док Исаац Невтон није преузео.

Невтоново откриће

Захваљујући радозналом уму овог истакнутог научника, доказано је да бела светлост није главно светло, и да друге боје не настају као резултат интеракције светлости и таме у различитим односима. Њутн је одбацио ова уверења и показао да је бела светлост композитна у својој структури, да је формирана од свих боја спектра светлости, названих монокроматске. Као резултат проласка светлосног снопа кроз призму, настаје мноштво боја због распадања беле светлости у њене конститутивне таласне токове. Такви таласи различите фреквенције и дужине преламају се у медију на различите начине, формирајући одређену боју. Невтон је поставио експерименте који се још увек користе у физици. На пример, експерименти са укрштеним призмама, користећи две призме и огледало, као и пролаз светлости кроз призме и перфорирани екран. Сада знамо да се распадање светлости у спектар боја јавља због различитих брзина пролаза таласа различитих дужина и фреквенција кроз транспарентну супстанцу. Као резултат тога, неки таласи излазе из призме раније, други - мало касније, други - чак и касније, и тако даље. Тако је и распад светлосног тока.

Абнормална дисперзија

Након тога, физичари прошлог века направили су још једно откриће у вези са дисперзијом. Француз Лероук је открио да је у неким срединама (посебно у парама јода) поремећена зависност која изражава феномен дисперзије. Физичар Кундт, који је живео у Немачкој, преузео је проучавање овог питања. За своје истраживање, он је позајмио једну од Њутнових метода, наиме, искусио је коришћење два укрштена призме. Једина разлика је што је уместо једног од њих, Кундт користио призматичну посуду са раствором цијанина. Показало се да се индекс преламања када светлост пролази кроз такве призме повећава, а не опада, као што је то био случај код Невтонових експеримената са обичним призмама. Немачки научник је открио да се овај парадокс посматра као резултат феномена апсорпције светлости од стране супстанце. У описаном експерименту Кундта, раствор цијанина је деловао као апсорпциони медијум, а дисперзија светлости за такве случајеве названа је аномална. У модерној физици, овај термин се готово никада не користи. До данас, нормални Њутн је открио и касније открио аномалну дисперзију, сматра се као двије појаве које припадају истој доктрини и имају заједничку природу.

Ниско распршена сочива

У фотографији се дисперзија свјетлости сматра нежељеном појавом. То постаје узрок тзв хроматска аберација где се на сликама појављују искривљене боје. Истовремено, нијансе фотографије не одговарају нијансама објекта који се фотографише. Овај ефекат је посебно неугодан за професионалне фотографе. Због дисперзије на фотографијама, не само да је боја искривљена, већ су и ивице често замагљене или, обрнуто, изглед претерано дефинисане границе. Глобални произвођачи фотографске опреме се носе са последицама таквог оптичког феномена уз помоћ специјално дизајнираних ниско распршених сочива. Стакло из којег су направљене има одличну особину да једнако разбија таласе различитих дужина и фреквенција. Леће у којима се монтирају ниско распршене леће називају се акромати.