하늘이 파란 이유. 왜 태양은 노란색입니까? 아주 자연스러운 이 질문은 고대부터 인간 앞에 제기되었습니다. 그러나 이러한 현상에 대한 정확한 설명을 얻기 위해서는 중세 이후 19세기 말까지 저명한 과학자들의 노력이 필요했다.

어떤 가설이 존재했습니까? 하늘의 색을 설명하기 위해 다른 시간에 어떤 가설이 제시되지 않았습니까? 1 가설 레오나르도 다빈치는 어두운 벽난로를 배경으로 한 연기가 푸르스름한 색을 띠는 것을 관찰하면서 다음과 같이 썼습니다. 세계적으로 유명한 시인일 뿐만 아니라 당대 최고의 자연과학자이기도 했던 같은 관점. 흑백을 혼합하면 색상이 아닌 회색 톤만 제공할 수 있습니다. 벽난로에서 나오는 연기의 파란색은 완전히 다른 프로세스로 인해 발생합니다.

어떤 가설이 존재했습니까? 가설 2 특히 박막에서 간섭을 발견한 후 뉴턴은 하늘의 색을 설명하기 위해 간섭을 적용하려고 시도했습니다. 이를 위해 그는 물방울이 비눗방울처럼 벽이 얇은 거품 형태임을 인정해야 했습니다. 그러나 대기 중에 포함된 물방울은 사실 구체이기 때문에 이 가설은 곧 비누방울처럼 터져 버린다.

어떤 가설이 존재했습니까? XVIII 세기의 3 가설 과학자. Mariotte, Bouguer, Euler는 하늘의 파란색이 공기 구성 요소의 자체 색상으로 설명된다고 생각했습니다. 이 설명은 액체 산소가 파란색이고 액체 오존이 파란색이라는 것이 확립된 19세기에 이미 약간의 확인을 받았습니다. O. B. Saussure는 하늘색에 대한 정확한 설명에 가장 근접했습니다. 그는 공기가 절대적으로 순수하다면 하늘은 검은색일 것이지만 공기에는 주로 파란색을 반사하는 불순물(특히 수증기와 물방울)이 포함되어 있다고 믿었습니다.

연구 결과: 대기 중 빛의 분자 산란에 대한 일관되고 엄격한 수학적 이론을 최초로 만든 사람은 영국 과학자 Rayleigh였습니다. 그는 전임자들이 생각한 것처럼 빛의 산란이 불순물에서 발생하는 것이 아니라 공기 분자 자체에서 발생한다고 믿었습니다. 하늘의 색을 설명하기 위해 레일리 이론의 결론 중 하나만 제시합니다.

연구 결과: 혼합된 산란광의 색상은 파란색이 될 것이며, 산란광의 밝기 또는 강도는 산란 입자에 입사되는 빛의 파장의 4제곱에 반비례합니다. 따라서 분자 산란은 빛 파장의 미세한 변화에도 극도로 민감합니다. 예를 들어, 보라색 광선(0.4미크론)의 파장은 적색 광선(0.8미크론)의 파장의 약 절반입니다. 따라서 보라색 광선은 빨간색 광선보다 16배 더 강하게 산란되며 입사 광선의 강도가 같으면 산란광에 16배 더 많이 있게 됩니다. 가시 스펙트럼의 다른 모든 유색 광선(파란색, 청록색, 녹색, 노란색, 주황색)은 각 파장의 4제곱에 반비례하는 양으로 산란광에 포함됩니다. 이제 모든 색상의 산란 광선이 이 비율로 혼합되면 산란 광선의 혼합 색상은 파란색이 됩니다.

문학: S.V. Zvereva 햇빛의 세계에서 L., Gidrometeoizdat, 1988

간단한 설명

하늘은 무엇입니까?

하늘은 무한대입니다. 어느 나라에서나 하늘은 순결의 상징입니다. 왜냐하면 거기에 신이 살고 있다고 믿기 때문입니다. 사람들은 하늘을 향하여 비를 구하거나 그 반대로 태양을 구합니다. 즉, 하늘은 단순한 공기가 아니라 순수함과 순수함의 상징입니다.

하늘 -투명하고 무중력이기 때문에 우리가 매 순간 숨 쉬는 평범한 공기, 볼 수도 만질 수도 없는 공기일 뿐입니다. 그러나 우리는 투명한 공기를 마신다. 왜 머리 위로 그렇게 푸른 색을 얻습니까? 공기에는 여러 요소, 즉 질소, 산소, 이산화탄소, 수증기, 끊임없이 움직이는 다양한 먼지 입자가 포함되어 있습니다.

물리학의 관점에서

실제로 물리학자들이 말했듯이 하늘은 태양 광선으로 채색된 공기일 뿐입니다. 간단히 말해, 태양은 지구를 비추지만 이를 위해 태양 광선은 문자 그대로 지구를 감싸고 있는 거대한 공기층을 통과해야 합니다. 그래서 태양열에는 여러 가지 색상이 있으므로 무지개의 일곱 가지 색상이 있습니다. 모르는 사람들을 위해 무지개의 일곱 가지 색상이 빨강, 주황, 노랑, 녹색, 파랑, 남색, 보라색이라는 것을 기억할 가치가 있습니다.

또한 각 광선은 이러한 모든 색상을 가지고 있으며이 공기층을 통과하면 무지개의 다른 색상을 모든 방향으로 분사하지만 파란색이 가장 많이 퍼지기 때문에 하늘이 파란색을 얻습니다. 간단히 설명하자면, 푸른 하늘은 이 색으로 칠해진 빔을 주는 스프레이입니다.

그리고 달에

대기가 없기 때문에 달의 하늘은 파란색이 아니라 검은색입니다. 궤도에 진입하는 우주 비행사는 행성과 별이 반짝이는 검은 하늘을 봅니다. 물론 달의 하늘은 매우 아름다워 보이지만 여전히 머리 위로 계속 검은 하늘을 보고 싶지는 않습니다.

하늘색이 변하고 있다

하늘은 항상 푸른 것이 아니라 색이 변하는 경향이 있습니다. 때때로 희끄무레하고 때로는 푸르스름한 검은 색이라는 것을 누구나 눈치 챘을 것입니다 ... 왜 그렇습니까? 예를 들어, 태양이 빛을 발산하지 않는 밤에는 하늘이 파랗지 않고 대기가 투명하게 보입니다. 그리고 투명한 공기를 통해 사람은 행성과 별을 볼 수 있습니다. 그리고 낮에는 푸른 색이 신비한 공간을 엿보는 눈에서 다시 확실하게 숨길 것입니다.

다양한 가설 하늘은 왜 파란색일까? (Goethe, Newton, XVIII 세기의 과학자, Rayleigh의 가설)

하늘의 색을 설명하기 위해 다른 시간에 어떤 가설이 제시되지 않았습니까? 레오나르도 다빈치는 어두운 벽난로를 배경으로 한 연기가 푸르스름한 색을 띠는 것을 보면서 "...어둠 위의 가벼움은 파랗게 되고, 아름다울수록 빛과 어두움이 더 뛰어나다"고 적었습니다. 대략 같은 관점입니다. 개최 괴테, 그는 세계적으로 유명한 시인일 뿐만 아니라 당대 최대의 자연과학자이기도 했습니다. 그러나 하늘색에 대한 이러한 설명은 나중에 분명해지면서 흑백을 혼합하면 색상이 아닌 회색 톤만 제공할 수 있기 때문에 지지할 수 없는 것으로 판명되었습니다. 벽난로에서 나오는 연기의 푸른 색은 완전히 다른 과정 때문입니다.

특히 박막에서 간섭이 발견된 후, 뉴턴하늘의 색을 설명하기 위해 간섭을 적용하려고 했습니다. 이를 위해 그는 물방울이 비눗방울처럼 벽이 얇은 거품 형태임을 인정해야 했습니다. 그러나 대기에 포함된 물방울은 사실 구체이기 때문에 이 가설은 곧 비누방울처럼 "터진다".

18세기 과학자 마리오트, 부거, 오일러그들은 하늘의 푸른 색이 공기 구성 요소의 고유한 색 때문이라고 생각했습니다. 이 설명은 액체 산소가 파란색이고 액체 오존이 파란색이라는 것이 확립된 19세기에 이미 약간의 확인을 받았습니다. O.B.는 하늘색에 대한 정확한 설명에 가장 근접했습니다. 소쉬르. 그는 공기가 절대적으로 순수하다면 하늘은 검은색일 것이지만 공기에는 주로 파란색을 반사하는 불순물(특히 수증기와 물방울)이 포함되어 있다고 믿었습니다. XIX 세기 후반까지. 액체와 기체에서의 빛의 산란에 관한 실험자료가 많이 축적되어 왔으며, 특히 하늘에서 오는 산란광의 특성 중 하나인 편광이 밝혀졌다. Arago는 그것을 처음으로 발견하고 탐험했습니다. 이것은 1809 년이었습니다. 나중에 Babinet, Brewster 및 기타 과학자들은 창공의 양극화 연구에 참여했습니다. 하늘색에 대한 질문은 과학자들의 관심을 끌었고 훨씬 더 넓은 의미를 가진 액체와 가스의 빛 산란에 대한 진행중인 실험이 "파란색의 실험실 재생산"의 관점에서 수행되었습니다. 하늘의 색.” 이것은 또한 작품의 제목으로 표시됩니다: “하늘의 푸른 색 시뮬레이션” 브루크 또는 “하늘의 푸른 색, 일반적으로 흐린 물질에 의한 빛의 편광” by Tyndall .. 이러한 실험의 성공은 과학자들의 생각을 올바른 길로 인도했습니다. 즉, 대기 중 햇빛 산란에서 하늘의 푸른 색의 원인을 찾는 것입니다.

영국 과학자 Rayleigh는 대기에서 빛의 분자 산란에 대한 일관되고 엄격한 수학적 이론을 최초로 만든 사람입니다. 그는 전임자들이 생각한 것처럼 빛의 산란이 불순물에서 발생하는 것이 아니라 공기 분자 자체에서 발생한다고 믿었습니다. 빛의 산란에 관한 Rayleigh의 첫 번째 작업은 1871년에 출판되었습니다. 최종 형태로 당시 확립된 빛의 전자기적 특성에 기반한 그의 산란 이론은 "On light from the sky, its polarization"이라는 작품에 제시되었습니다. and color", 1899년에 출판됨 Rayleigh(그의 전체 이름은 John William Strutt, Lord Rayleigh III)는 광 산란 분야에서의 작업으로 인해 그의 아들인 Lord Rayleigh IV와 달리 종종 Rayleigh the Scatterer라고 불립니다. Rayleigh IV , 대기 물리학 발전에 큰 공헌을 한 Rayleigh Atmospheric 하늘의 색을 설명하기 위해 Rayleigh 이론의 결론 중 하나만 인용하고 다양한 광학 현상을 설명 할 때 다른 항목을 여러 번 참조합니다. 이 결론은 다음과 같습니다. 산란광의 밝기 또는 강도는 산란 입자에 입사되는 빛의 파장의 4제곱에 반비례합니다. 보라색 광선(0.4 미크론)의 파장은 적색 광선(0.8 미크론)의 절반 정도입니다. 따라서 보라색 광선은 빨간색 광선보다 16배 더 강하게 산란되며 입사 광선의 강도가 같으면 산란광에 16배 더 많이 있게 됩니다. 가시 스펙트럼의 다른 모든 유색 광선(파란색, 청록색, 녹색, 노란색, 주황색)은 각 파장의 4제곱에 반비례하는 양으로 산란광에 포함됩니다. 이제 모든 유색 산란 광선이 이러한 비율로 혼합되면 산란 광선 혼합의 색상이 파란색이 됩니다.

산란으로 인해 주로 파란색과 보라색 광선을 잃는 직사광선(즉, 태양 디스크에서 직접 발산되는 빛)은 희미한 노란색 색조를 띠며 태양이 수평선으로 내려갈수록 더 강해집니다. 이제 광선은 대기에서 점점 더 긴 경로를 이동해야 합니다. 긴 경로에서 단파의 손실, 즉 보라색, 파란색, 파란색 광선이 점점 더 눈에 띄게되고 태양이나 달의 직사광선에서 주로 장파 광선이 지구 표면에 도달합니다-빨간색, 주황색, 노란색. 따라서 태양과 달의 색은 먼저 노란색이 되고 그 다음에는 주황색과 빨간색이 됩니다. 태양의 붉은 색과 하늘의 푸른 색은 동일한 산란 과정의 두 가지 결과입니다. 직사광선에서는 대기의 두께를 통과한 후 주로 장파광선(붉은 태양)이 남고, 단파광선(푸른 하늘)은 산란광으로 떨어진다. 그래서 레일리의 이론은 푸른 하늘과 붉은 태양의 수수께끼를 매우 명확하고 설득력 있게 설명했습니다.

하늘 열 분자 산란

보고 이해하는 기쁨
자연이 준 가장 아름다운 선물입니다.
알버트 아인슈타인

하늘색의 신비

하늘은 왜 파랗지?...

평생 한 번도 생각하지 않은 사람은 없습니다. 중세 사상가들은 하늘색의 기원을 설명하려고 노력했습니다. 그들 중 일부는 파란색이 공기 또는 일부 구성 가스의 진정한 색상이라고 제안했습니다. 다른 사람들은 하늘의 진짜 색이 밤에 보이는 것처럼 검은색이라고 생각했습니다. 낮에는 하늘의 검은 색이 태양 광선 인 흰색에 추가되어 파란색으로 나타납니다.

이제 아마도 파란색 페인트를 원하고 흑백을 섞을 사람을 만나지 못할 것입니다. 그리고 색상 혼합의 법칙이 여전히 불분명했던 때가 있었습니다. 그것들은 불과 300년 전에 Newton에 의해 설치되었습니다.

Newton은 또한 푸른 하늘의 신비에 관심을 갖게 되었습니다. 그는 이전의 모든 이론을 거부하는 것으로 시작했습니다.

첫째, 그는 흰색과 검은색의 혼합은 결코 파란색을 형성하지 않는다고 주장했습니다. 둘째, 파란색은 공기의 진정한 색이 전혀 아닙니다. 그렇다면 해가 지는 해와 달은 실제와 같이 붉게 보이지 않고 파랗게 보일 것입니다. 저 멀리 설산의 봉우리는 이렇게 생겼을 것이다.

공기가 색깔이 있다고 상상해보십시오. 아주 약하더라도 말입니다. 그런 다음 두꺼운 층이 유색 유리처럼 작동합니다. 그리고 색유리를 통해 보면 모든 물체가 이 유리와 같은 색으로 보입니다. 왜 저 멀리 눈 덮인 산봉우리는 전혀 파란색이 아닌 분홍색으로 보일까요?

그의 전임자들과의 ​​논쟁에서 진실은 뉴턴 편이었습니다. 그는 공기가 착색되지 않는다는 것을 증명했습니다.

그러나 여전히 푸른 하늘의 수수께끼는 풀지 못했다. 그는 자연의 가장 아름답고 시적인 현상 중 하나인 무지개에 혼란스러워했습니다. 왜 갑자기 나타났다가 갑자기 사라지나요? Newton은 만연한 미신에 만족할 수 없었습니다. 무지개는 위에서 오는 신호이며 좋은 날씨를 나타냅니다. 그는 각 현상의 물질적 원인을 찾으려 했다. 그는 또한 무지개의 원인을 찾았습니다.

무지개는 빗방울의 빛 굴절의 결과입니다. 이것을 깨달은 뉴턴은 무지개 호의 모양을 계산할 수 있었고 무지개의 색 순서를 설명할 수 있었습니다. 그의 이론은 쌍무지개의 발생만을 설명할 수 없었지만, 매우 복잡한 이론의 도움으로 3세기가 지난 후에야 설명할 수 있었다.

무지개 이론의 성공은 뉴턴을 매혹시켰습니다. 그는 하늘의 푸른색과 무지개가 같은 원인에 의한 것이라고 잘못 결론지었습니다. 태양 광선이 빗방울 떼를 뚫고 나올 때 무지개가 실제로 번쩍입니다. 그러나 하늘의 푸름은 비뿐만 아니라 볼 수 있습니다! 반대로 하늘이 유난히 파랗다는 것은 비 한 방울 없는 맑은 날씨일 때다. 위대한 과학자는 이것을 어떻게 눈치 채지 못했습니까? Newton은 자신의 이론에 따르면 무지개의 파란색 부분만을 형성하는 가장 작은 물방울이 어떤 날씨에도 공중에 떠 있다고 생각했습니다. 그러나 이것은 착각이었다.

첫 번째 결정

거의 200년이 흘렀고 또 다른 영국 과학자인 레일리(Rayleigh)는 위대한 뉴턴조차도 그 일의 힘을 넘어선 것을 두려워하지 않고 이 문제를 제기했습니다.

레일리는 광학을 공부했습니다. 그리고 빛의 연구에 평생을 바친 사람들은 어둠 속에서 많은 시간을 보냅니다. 외부 빛은 가장 미묘한 실험을 방해하므로 광학 실험실의 창문은 거의 항상 뚫을 수 없는 검은색 커튼으로 덮여 있습니다.

Rayleigh는 기구에서 빠져나오는 빛줄기가 있는 우울한 실험실에서 몇 시간 동안 혼자 있었습니다. 광선의 경로에서 그들은 살아있는 먼지 입자처럼 소용돌이 쳤습니다. 조명이 밝아서 어두운 배경에서 눈에 띄었습니다. 아마도 오랜 시간 동안 과학자는 사람이 벽난로의 불꽃을 보는 것처럼 부드러운 움직임을 따랐을 것입니다.

레일리에게 하늘색의 기원에 대한 새로운 아이디어를 제안한 것은 빛의 광선 속에서 춤추는 이 먼지 입자가 아니었습니까?

고대에도 빛은 직선으로 전파된다는 것이 알려졌습니다. 이 중요한 발견은 원시인이 오두막의 균열을 뚫고 태양 광선이 벽과 바닥에 떨어지는 방법을 관찰하면서 이루어졌을 수 있습니다.

그러나 그는 광선을 옆에서 바라보면서 왜 광선을 보는지에 대한 생각에 거의 신경 쓰지 않았습니다. 그리고 여기서 생각해 볼 것이 있습니다. 결국 햇빛은 균열에서 바닥으로 향하는 광선입니다. 관찰자의 눈은 옆에 있지만 그럼에도 불구하고 이 빛을 본다.

우리는 또한 하늘을 향한 탐조등의 빛을 봅니다. 이것은 빛의 일부가 어떻게든 직접 경로에서 벗어나 우리의 눈으로 향한다는 것을 의미합니다.

그가 길을 끄는 이유는 무엇입니까? 공기를 채우는 동일한 먼지 입자가 밝혀졌습니다. 먼지 알갱이에 의해 산란된 광선이 우리의 눈에 들어오고, 장애물을 만나 도로를 끄고 ​​산란 알갱이에서 우리 눈까지 직선으로 전파됩니다.

"이 먼지 입자들이 하늘을 파랗게 물들이고 있나요?" 레일리는 어느 날 생각했습니다. 그는 수학을 했고 직감은 확신으로 바뀌었습니다. 그는 하늘의 푸른 색, 붉은 새벽, 푸른 안개에 대한 설명을 찾았습니다! 물론 크기가 빛의 파장보다 작은 가장 작은 먼지 입자는 햇빛을 산란시키고 파장이 강할수록 파장이 짧다고 Rayleigh는 1871년에 발표했습니다. 그리고 눈에 보이는 태양 스펙트럼의 보라색과 파란색 광선은 파장이 가장 짧기 때문에 가장 강하게 산란되어 하늘을 파란색으로 만듭니다.

태양과 눈 덮인 봉우리는 레일리의 계산을 따랐습니다. 그들은 심지어 과학자의 이론을 확인했습니다. 일출과 일몰에 햇빛이 가장 두꺼운 공기를 통과할 때 보라색과 파란색 광선이 가장 강하게 산란된다고 Rayleigh의 이론은 말합니다. 동시에 그들은 직진 경로에서 벗어나 관찰자의 눈에 들어 가지 않습니다. 관찰자는 주로 붉은 광선을 보게 되는데, 이 광선은 훨씬 약하게 산란됩니다. 따라서 일출과 일몰 시 태양은 우리에게 붉게 보입니다. 같은 이유로 멀리 설산의 봉우리도 분홍색으로 보입니다.

맑은 하늘을 보면 산란으로 인해 직선 경로에서 벗어나 눈에 들어오는 청청색 광선이 보입니다. 그리고 우리가 가끔 지평선 근처에서 보는 연무도 우리에게 파랗게 보입니다.

성가신 사소한 일

아름다운 설명이지 않습니까? Rayleigh 자신은 그것에 너무 매료되어 과학자들은 이론의 조화와 Newton에 대한 Rayleigh의 승리에 너무 놀랐기 때문에 그들 중 누구도 단순한 사실을 눈치 채지 못했습니다. 그러나이 사소한 일이 그들의 평가를 완전히 바꿔야했습니다.

공기 중에 먼지가 훨씬 적은 도시를 떠나 하늘의 푸른 색이 특히 맑고 밝다는 것을 누가 부인하겠습니까? Rayleigh 자신이 이것을 부정하기는 어려웠습니다. 그래서... 먼지 입자가 빛을 산란시키지 않습니까? 그리고 뭐?

그는 다시 모든 계산을 수정하고 방정식이 올바른지 확인했지만 이것은 먼지 입자가 실제로 산란 입자가 아님을 의미합니다. 또한 공기 중에 존재하는 먼지 입자는 빛의 파장보다 훨씬 크며 Rayleigh의 계산은 Rayleigh가 많은 양의 축적이 하늘의 푸름을 향상시키는 것이 아니라 오히려 약화시킨다고 확신했습니다. 큰 입자에 의한 빛의 산란은 파장에 약하게 의존하므로 색상의 변화를 일으키지 않습니다.

빛이 큰 입자에 의해 산란되면 산란광과 투과광 모두 흰색으로 남아 있기 때문에 공기 중에 큰 입자가 출현하면 하늘이 희끄무레한 색을 띠고 큰 물방울이 많이 쌓이면 구름이 흰색으로 변하고 안개. 이것은 일반 담배를 확인하기 쉽습니다. 마우스피스 쪽에서 나오는 연기는 항상 희끄무레하게 보이고 타오르는 끝에서 올라오는 연기는 푸르스름한 색을 띤다.

담배 끝에서 올라오는 가장 작은 연기 입자는 빛의 파장보다 작으며 Rayleigh의 이론에 따르면 주로 보라색과 파란색을 산란시킵니다. 그러나 담배 두께의 좁은 채널을 통과할 때 연기 입자가 서로 달라붙어(응고) 더 큰 덩어리로 결합됩니다. 그들 중 다수는 빛의 파장보다 커지며 모든 빛의 파장을 거의 동일하게 산란시킵니다. 그래서 마우스피스 쪽에서 나오는 연기가 하얗게 보이는 것입니다.

예, 먼지 입자에 기반한 이론을 주장하고 옹호하는 것은 쓸모가 없습니다.

그래서 하늘의 푸른 색에 대한 수수께끼가 과학자들 앞에서 다시 일어났습니다. 하지만 레일리는 포기하지 않았습니다. 하늘의 푸른 색이 더욱 순수하고 밝을수록 대기가 더 순수하다면 하늘의 색은 공기 자체의 분자 외에 다른 어떤 것 때문일 수 없다고 그는 추론했습니다. 그가 새 기사에서 쓴 공기 분자는 태양 빛을 산란시키는 가장 작은 입자입니다!

이번에 레일리는 매우 신중했습니다. 그의 새로운 아이디어를 보고하기 전에 그는 그것을 테스트하기로 결정했고 어떻게든 경험을 통해 이론을 확인했습니다.

기회는 1906년에 찾아왔다. Rayleigh는 윌슨 산의 천문대에서 하늘의 푸른 빛을 연구한 미국 천체물리학자 Abbott의 도움을 받았습니다. 애보트는 레일리 산란 이론을 바탕으로 하늘 빛의 밝기를 측정한 결과를 처리해 공기 1세제곱센티미터에 포함된 분자 수를 계산했다. 그것은 엄청난 숫자로 밝혀졌습니다! 이 분자를 지구상에 거주하는 모든 사람들에게 배포하면 모든 사람이 이 분자를 100억 개 이상 얻게 될 것이라고 말하는 것으로 충분합니다. 요컨대 Abbott는 정상적인 대기 온도와 압력에서 모든 입방 센티미터의 공기에는 270억 x 10억 개의 분자가 포함되어 있음을 발견했습니다.

기체 1세제곱센티미터의 분자 수는 완전히 다르고 독립적인 현상을 기반으로 다양한 방식으로 결정될 수 있습니다. 그들 모두는 밀접하게 일치하는 결과로 이어지고 Loschmidt 수라는 숫자를 제공합니다.

이 숫자는 과학자들에게 잘 알려져 있으며 기체에서 발생하는 현상을 설명하는 척도와 통제 역할을 한 번 이상 수행했습니다.

그리고 이제 Abbot이 하늘의 빛을 측정할 때 얻은 숫자는 Loschmidt의 숫자와 매우 정확하게 일치했습니다. 그러나 그는 계산에 Rayleigh 산란 이론을 사용했습니다. 따라서 빛의 분자 산란이 존재한다는 이론이 옳다는 것이 명확하게 입증되었습니다.

Rayleigh의 이론은 경험에 의해 확실하게 확인된 것 같았습니다. 모든 학자들은 그것이 완벽하다고 생각했습니다.

그것은 보편적으로 인식되었고 모든 광학 교과서에 포함되었습니다. 쉽게 숨을 쉬는 것이 가능했습니다. 마침내 현상에 대한 설명이 발견되었습니다. 매우 친숙하고 동시에 신비한 현상입니다.

1907년 유명한 과학 저널의 페이지에서 다시 질문이 제기된 것은 더욱 놀라운 일입니다. 왜 하늘은 파란색입니까?!

논쟁

누가 감히 일반적으로 받아들여지는 레일리 이론에 의문을 제기했습니까?

이상하게도 Rayleigh의 가장 열렬한 팬이자 찬사 중 하나였습니다. 아마도 아무도 Rayleigh를 높이 평가하고 이해하지 못했고 그의 작업을 잘 알지 못했고 젊은 러시아 물리학 자 Leonid Mandelstam만큼 그의 과학적 작업에 관심이 없었을 것입니다.

-Leonid Isaakovich의 마음의 본질에서-나중에 다른 소련 과학자 인 Academician N.D를 회상했습니다. Papaleksi - Rayleigh와 공통점이 많았습니다. 그리고 과학적 창의성의 경로가 종종 병렬로 진행되고 반복적으로 교차되는 것은 우연이 아닙니다.

이번에는 하늘색의 기원에 대한 질문에서 그들은 교차했습니다. 그 전에 Mandelstam은 주로 무선 공학을 좋아했습니다. 우리 세기 초에 이것은 완전히 새로운 과학 분야였으며 그것을 이해하는 사람은 거의 없었습니다. A.S. Popov (1895 년), 불과 몇 년이 지났고 끝없는 작업이있었습니다. 단기간에 Mandelstam은 무선 엔지니어링 장치와 관련된 전자기 진동 분야에서 많은 진지한 연구를 수행했습니다. 1902년에 그는 자신의 논문을 옹호했고 23세의 나이에 스트라스부르 대학에서 자연 철학 박사 학위를 받았습니다.

전파의 여기 문제를 다루면서 Mandelstam은 진동 과정 연구에서 권위자로 인정받은 Rayleigh의 작품을 자연스럽게 연구했습니다. 그리고 젊은 의사는 무의식적으로 하늘을 색칠하는 문제에 대해 알게되었습니다.

그러나 하늘을 채색하는 문제에 대해 알게 된 Mandelstam은 오류를 보였을뿐만 아니라 일반적으로 인정되는 Rayleigh 분자 광산란 이론의 "불충분"을 보여 주었을뿐만 아니라 파란색의 비밀을 밝혔습니다. 하늘의 색뿐만 아니라 20세기 물리학에서 가장 중요한 발견 중 하나를 이끈 연구의 토대를 마련했습니다.

그리고 그것은 모두 위대한 물리학자 중 한 명인 양자 이론의 아버지인 M. 플랑크와의 결석 논쟁으로 시작되었습니다. Mandelstam이 Rayleigh의 이론에 대해 알게되었을 때 그녀는 그녀의 과묵함과 내부 역설로 그를 사로 잡았습니다. 놀랍게도 젊은 물리학 자, 경험이 많고 경험이 풍부한 Rayleigh는 눈치 채지 못했습니다. Rayleigh 이론의 불충분함은 빛이 광학적으로 균질한 투명 매질을 통과할 때 빛의 감쇠를 설명하기 위해 Planck가 이를 기반으로 구축한 다른 이론의 분석에서 특히 분명하게 드러났습니다.

이 이론에서는 빛이 통과하는 물질의 분자가 2차파의 근원이라는 것을 근거로 삼았다. 이러한 2차 파동을 생성하기 위해 플랑크는 지나가는 파동의 에너지 일부가 소비된 다음 약화된다고 주장했습니다. 우리는 이 이론이 Rayleigh의 분자 산란 이론에 기반을 두고 있으며 그 권위에 의존하고 있음을 봅니다.

문제의 본질을 이해하는 가장 쉬운 방법은 수면의 파도를 고려하는 것입니다. 파도가 움직이지 않거나 떠다니는 물체(말뚝, 통나무, 보트 등)를 만나면 작은 파도가 이러한 물체에서 모든 방향으로 흩어집니다. 이것은 흩어짐에 지나지 않습니다. 입사파 에너지의 일부는 광학에서 산란광과 매우 유사한 2차 파동의 여기에 사용됩니다. 이 경우 초기 파동이 약해집니다.

떠 다니는 물체는 물을 통해 이동하는 파장보다 훨씬 작을 수 있습니다. 작은 입자라도 2차 파동을 일으킬 수 있습니다. 물론 입자의 크기가 작아지면 그들이 형성하는 2차 파동은 약해지지만 여전히 주 파동의 에너지를 흡수합니다.

이것은 플랑크가 가스를 통과할 때 빛의 파동이 약해지는 과정을 상상한 방법이지만, 그의 이론에서 알갱이의 역할은 가스 분자에 의해 수행되었습니다.

Mandelstam은 Planck의 이 작업에 관심을 갖게 되었습니다.

Mandelstam의 사고 방식은 수면의 파도를 예로 들어 설명할 수도 있습니다. 당신은 그것을 더 신중하게 고려할 필요가 있습니다. 그래서 수면에 떠 있는 작은 알갱이들도 2차파의 근원이 된다. 그러나이 곡물을 너무 두껍게 부어 물 표면 전체를 덮으면 어떻게됩니까? 그런 다음 수많은 곡물로 인해 발생하는 개별 2 차 파동이 합쳐져 측면과 후면으로 흐르는 파동 부분을 완전히 소멸시키고 산란이 멈출 것입니다. 앞으로 나아가는 파도 만있을 것입니다. 그녀는 전혀 약해지지 않고 앞으로 나아갈 것입니다. 전체 입자 덩어리가 존재하는 유일한 결과는 기본 파동의 전파 속도가 약간 감소하는 것입니다. 이 모든 것이 곡물이 고정되어 있는지 또는 물 표면에서 움직이는지 여부에 의존하지 않는 것이 특히 중요합니다. 곡물 집합체는 단순히 물 표면의 하중으로 작용하여 상층의 밀도를 변경합니다.

Mandelstam은 공기 중의 분자 수가 너무 많아 빛의 파장과 같은 작은 영역에도 매우 많은 수의 분자가 포함되어 있는 경우에 대해 수학적 계산을 했습니다. 이 경우 무작위로 움직이는 개별 분자에 의해 여기된 2차 광파는 입자가 있는 예의 파동과 같은 방식으로 더해집니다. 이것은 이 경우 광파가 산란 및 감쇠 없이 전파되지만 다소 낮은 속도로 전파됨을 의미합니다. 이것은 모든 경우에 산란 입자의 운동이 파동의 산란을 보장한다고 믿었던 Rayleigh의 이론을 반증하고 이에 기반한 Planck의 이론을 반박했습니다.

따라서 모래는 산란 이론의 기초 아래에서 발견되었습니다. 장엄한 건물 전체가 흔들리고 무너질 위험이 있습니다.

우연의 일치

그러나 푸른 하늘 빛의 측정으로부터 로슈미트 수를 결정하는 것은 어떻습니까? 결국, 실험은 Rayleigh의 산란 이론을 확인했습니다!

Mandelstam은 1907년에 "On Optically Homogeneous and Turbid Media"라는 저서에서 "이 우연은 우연으로 간주되어야 합니다."라고 썼습니다.

Mandelstam은 분자의 무작위 운동이 가스를 균질하게 만들 수 없음을 보여주었습니다. 반대로 실제 가스에서는 혼돈 열 운동의 결과로 형성되는 가장 작은 희박 및 압축이 항상 있습니다. 공기의 광학적 균일성을 위반하기 때문에 빛의 산란을 초래하는 것은 바로 그들입니다. 같은 작업에서 Mandelstam은 다음과 같이 썼습니다.

"매질이 광학적으로 불균질하면 일반적으로 입사광도 측면으로 산란됩니다."

그러나 혼돈 운동의 결과로 발생하는 불균일성의 크기는 광파의 파장보다 작기 때문에 스펙트럼의 보라색과 파란색 부분에 해당하는 파동이 주로 산란됩니다. 그리고 이것은 특히 하늘의 푸른 색으로 이어집니다.

그리하여 푸른 하늘의 수수께끼가 마침내 풀렸다. 이론적 부분은 Rayleigh에 의해 개발되었습니다. 산란체의 물리적 특성은 Mandelstam에 의해 확립되었습니다.

Mandelstam의 가장 큰 장점은 가스의 완벽한 균질성 가정이 빛이 산란된다는 사실과 양립할 수 없음을 증명했다는 사실에 있습니다. 그는 하늘의 푸른색이 기체의 균질성이 겉으로만 드러난다는 것을 증명한다는 것을 깨달았습니다. 보다 정확하게는 가스는 한 번에 수십억 개의 분자에 의해 영향을 받는 기압계, 저울 또는 기타 기기와 같은 조잡한 기기로 검사할 때만 균질한 것으로 보입니다. 그러나 광선은 수만 개로 측정되는 비교할 수 없을 정도로 적은 양의 분자를 감지합니다. 그리고 이것은 기체의 밀도가 지속적으로 작은 국부적 변화에 영향을 받는다는 것을 부정할 수 없이 입증하기에 충분합니다. 따라서 우리의 "거친" 관점에서 동질적인 매체는 사실상 비균질적입니다. "빛의 관점"에서는 흐릿하게 보이고 따라서 빛을 산란시킵니다.

분자의 열 운동으로 인한 물질 특성의 무작위 국부적 변화를 이제 변동이라고 합니다. 분자 광 산란의 요동 기원을 밝힌 만델스탐은 물질을 연구하는 새로운 방법, 즉 요동 또는 통계적 방법을 위한 길을 열었습니다. 이 방법은 후에 Smoluchovsky, Lorentz, Einstein 및 자신이 물리학의 새로운 전공인 통계 물리학으로 발전시켰습니다.

하늘이 반짝여야 합니다!

그래서 하늘색의 비밀이 밝혀졌다. 그러나 광산란에 대한 연구는 여기서 그치지 않았습니다. 공기 밀도의 거의 눈에 띄지 않는 변화에 주목하고 빛의 변동 산란에 의한 하늘의 착색을 설명하는 Mandelstam은 과학자로서의 예리한 본능으로이 과정의 새롭고 훨씬 더 미묘한 특징을 발견했습니다.

결국 공기 불균일성은 밀도의 무작위 변동으로 인해 발생합니다. 이러한 무작위 불균일성의 크기, 즉 혈전의 밀도는 시간에 따라 다릅니다. 따라서 과학자는 강도도 시간에 따라 변해야한다고 주장했습니다. 산란광의 강도입니다! 결국 분자 클러스터의 밀도가 높을수록 분자에 산란되는 빛이 더 강해집니다. 그리고 이 혈전은 무작위로 나타나고 사라지기 때문에 간단히 말해서 하늘이 깜박일 것입니다! 빛의 강도와 색상은 항상 변해야 합니다(매우 약하게)! 그러나 그런 깜박임에 주목한 사람이 있습니까? 당연히 아니지.

이 효과는 너무 미묘해서 육안으로는 볼 수 없습니다.

과학자 중 누구도 하늘 빛의 변화를 관찰하지 못했습니다. Mandelstam 자신도 자신의 이론의 결론을 확인할 기회가 없었습니다. 가장 복잡한 실험의 조직은 짜르 러시아의 열악한 조건과 혁명 초기의 어려움, 외국의 개입 및 내전으로 인해 처음에는 방해를 받았습니다.

1925년 만델스탐은 모스크바 대학의 학과장이 되었다. 여기에서 그는 뛰어난 과학자이자 숙련된 실험가인 Grigory Samuilovich Landsberg를 만났습니다. 그래서 그들은 깊은 우정과 공통의 과학적 관심으로 연결되어 희미한 확산 광선에 숨겨진 비밀에 대한 공격을 계속했습니다.

그 당시 대학의 광학 실험실은 여전히 ​​장비가 매우 열악했습니다. 대학에는 하늘의 깜박임을 감지할 수 있는 단일 장비가 없었습니다. 또는 이론이 예측한 입사광과 산란광의 주파수의 작은 차이가 이 깜박임의 결과였습니다.

그러나 이것은 연구원을 멈추지 않았습니다. 그들은 실험실에서 하늘을 모방한다는 생각을 버렸습니다. 이것은 이미 미묘한 경험을 복잡하게 만들뿐입니다. 그들은 복잡한 흰색 빛의 산란이 아니라 엄격하게 정의된 하나의 광선 산란을 연구하기로 결정했습니다. 그들이 입사광의 주파수를 정확히 알고 있다면 산란 중에 발생해야 하는 주파수에 가까운 주파수를 검색하는 것이 훨씬 쉬울 것입니다. 또한 이론은 고체에서 분자가 기체보다 훨씬 더 가까이에 있고 물질의 밀도가 높을수록 산란이 크기 때문에 관찰하기가 더 쉽다고 제안했습니다.

가장 적합한 재료에 대한 고된 검색이 시작되었습니다. 마지막으로 선택은 석영 결정에 떨어졌습니다. 단순히 대형 투명 석영 크리스탈이 다른 어떤 것보다 저렴하기 때문입니다.

준비 실험은 2 년 동안 지속되었으며 가장 순수한 결정 샘플을 선택하고 기술이 개선되었으며 석영 분자에 의한 산란과 무작위 내포물, 결정 불균일성 및 불순물에 의한 산란을 분명히 구별 할 수있는 징후가 확립되었습니다.

위트 앤 워크

강력한 스펙트럼 분석 장비가 부족했기 때문에 과학자들은 사용 가능한 장비를 사용할 수 있도록 하는 독창적인 해결 방법을 선택했습니다.

이 작업의 주된 어려움은 분자 산란에 의해 발생하는 약한 빛이 실험을 위해 얻을 수 있는 결정 샘플의 작은 불순물 및 기타 결함에 의해 산란된 훨씬 더 강한 빛에 의해 중첩된다는 것입니다. 연구자들은 설정의 다양한 부분에서 결정 결함과 반사에 의해 형성된 산란광이 입사광의 주파수와 정확히 일치한다는 사실을 이용하기로 결정했습니다. 그들은 Mandelstam의 이론에 따라 주파수가 변경된 빛에만 관심이 있었기 때문에 분자 산란에 의해 주파수가 변경된 빛을 훨씬 더 밝은 빛의 배경과 분리하는 것이 과제였습니다.

산란된 빛이 등록할 수 있는 값을 갖기 위해 과학자들은 가능한 가장 강력한 조명 장치인 수은 램프로 석영을 비추기로 결정했습니다.

따라서 결정에서 산란된 빛은 두 부분으로 구성되어야 합니다. 분자 산란으로 인해 주파수가 변경된 약한 빛(이 부분에 대한 연구는 과학자들의 목표였습니다)과 외부 요인으로 인해 변경되지 않은 주파수의 훨씬 더 강한 빛 원인(이 부분이 유해해서 연구를 어렵게 했습니다.

이 방법의 아이디어는 단순성 때문에 매력적이었습니다. 일정한 주파수의 빛을 흡수하고 변경된 주파수의 빛만 스펙트럼 장치로 통과시켜야 합니다. 그러나 주파수 차이는 1000분의 1퍼센트에 불과했습니다. 세계의 어떤 실험실도 이렇게 가까운 주파수를 분리할 수 있는 필터를 가지고 있지 않았습니다. 그러나 해결책이 발견되었습니다.

산란광은 수은 증기가 담긴 용기를 통과했습니다. 결과적으로 모든 "유해한"빛은 용기에 "고착"되었고 "유용한"빛은 눈에 띄게 약해지지 않고 통과했습니다. 이 경우 실험자들은 이미 알려진 상황을 이용했습니다. 양자 물리학에 따르면 물질의 원자는 특정 주파수의 광파만 방출할 수 있습니다. 그러나 이 원자는 또한 빛을 흡수할 수 있습니다. 그리고 그 자신이 방출할 수 있는 주파수의 광파만 있습니다.

수은 램프에서 빛은 램프 내부에서 발생하는 방전의 영향으로 빛나는 수은 증기에 의해 방출됩니다. 이 빛이 수은 증기가 들어 있는 용기를 통과하면 거의 완전히 흡수됩니다. 이론에서 예측한 대로 용기의 수은 원자가 램프의 수은 원자가 방출하는 빛을 흡수합니다.

네온 램프와 같은 다른 광원에서 나오는 빛은 수은 증기를 무사히 통과합니다. 수은 원자는 그것에 관심조차 기울이지 않을 것입니다. 파장의 변화와 함께 석영에 산란된 수은 램프의 빛 부분도 흡수되지 않습니다.

Mandelstam과 Landsberg가 이용했던 것은 이 편리한 상황이었습니다.

놀라운 발견

1927년에 결정적인 실험이 시작되었습니다. 과학자들은 수은 램프의 빛으로 석영 크리스탈을 비추고 그 결과를 처리했습니다. 그리고 ... 그들은 놀랐습니다.

실험 결과는 예상치 못한 것이었고 이례적이었습니다. 과학자들은 이론에 의해 예측된 것이 아니라 예상했던 것을 전혀 발견하지 못했습니다. 그들은 완전히 새로운 현상을 발견했습니다. 근데 뭐? 그리고 그것은 실수가 아닙니까? 산란광에서 예기치 않은 주파수가 발견되었지만 훨씬 더 높고 낮은 주파수가 발견되었습니다. 산란광의 스펙트럼에서 석영에 입사하는 빛에는 없었던 전체 주파수 조합이 나타났습니다. 석영의 광학적 비균질성으로 외관을 설명하는 것은 불가능했습니다.

철저한 점검이 시작되었습니다. 실험은 완벽하게 수행되었습니다. 그들은 너무 재치 있고 완벽하며 독창적이어서 감탄하지 않을 수 없었습니다.

- Leonid Isaakovich는 때때로 매우 어려운 기술 문제를 너무 아름답고 때로는 훌륭하게 간단하게 해결하여 우리 각자는 "왜 전에는 이런 일이 발생하지 않았습니까?" -직원 중 한 명이 말합니다.

다양한 제어 실험을 통해 오류가 없음을 완고하게 확인했습니다. 산란광의 스펙트럼 사진에서 약하고 그럼에도 불구하고 매우 분명한 선이 지속적으로 나타나 산란광에 "추가"주파수가 있음을 나타냅니다.

수개월 동안 과학자들은 이 현상에 대한 설명을 찾고 있었습니다. 산란광에서 "외부" 주파수는 어디에서 왔습니까?!

그리고 Mandelstam에 놀라운 통찰력이 떠오른 날이 왔습니다. 이것은 20세기의 가장 중요한 발견 중 하나로 여겨지는 놀라운 발견이었습니다.

그러나 Mandelstam과 Landsberg는 이 발견이 현상의 깊이에 대한 철저한 검증 이후에만 출판될 수 있다는 만장일치의 결정을 내렸습니다. 마지막 실험이 시작되었습니다.

태양의 도움으로

2월 16일 인도 과학자 Ch.N. 라만과 K.S. Krishnan은 그의 발견에 대한 간단한 설명과 함께 Calcutta에서 이 저널로 전보를 보냈습니다.

그해에 가장 다양한 발견에 대한 편지가 전 세계에서 "Priroda"저널로 몰려 들었습니다. 그러나 모든 보고서가 과학자들 사이에서 흥분을 불러일으키는 것은 아닙니다. 인도 과학자들의 편지가 절판되었을 때 물리학자들은 매우 흥분했습니다. "새로운 유형의 2차 방사선"이라는 메모 제목도 관심을 불러일으켰다. 결국 광학은 가장 오래된 과학 중 하나이며 20세기에는 광학에서 알려지지 않은 것을 발견하는 것이 종종 불가능했습니다.

전 세계의 물리학자들이 캘커타에서 온 새로운 편지를 얼마나 흥미롭게 기다렸는지 상상할 수 있습니다.

그들의 관심은 발견의 저자 중 한 명인 Raman의 성격에 의해 적지 않게 촉발되었습니다. 이것은 아인슈타인과 매우 유사한 호기심 많은 운명과 뛰어난 전기를 가진 사람입니다. 어린 시절의 아인슈타인은 단순한 체육관 교사였으며 특허청 직원이었습니다. 이 기간 동안 그는 그의 가장 중요한 작품을 완성했습니다. 뛰어난 물리학자인 Raman도 대학을 졸업 한 후 10 년 동안 재무부에서 근무해야했고 그 후에야 캘커타 대학교 부서에 초대되었습니다. Raman은 곧 인도 물리학 학교의 인정받는 교장이되었습니다.

설명된 사건 직전에 Raman과 Krishnan은 흥미로운 작업에 매료되었습니다. 그런 다음 물질을 통한 X 선의 통과를 연구하면서 아직 가라 앉지 않은 미국 물리학 자 Compton의 발견으로 1923 년에 발생한 열정은 원래 방향에서 산란되는 이러한 광선의 일부가 파장을 증가 시킨다는 것을 발견했습니다. 안경사의 언어로 번역하면 물질 분자와 충돌하는 X-선이 "색상"을 변경했다고 말할 수 있습니다.

이 현상은 양자물리학의 법칙으로 쉽게 설명된다. 따라서 Compton의 발견은 젊은 양자 이론의 정확성에 대한 결정적인 증거 중 하나였습니다.

비슷하지만 이미 광학에서 우리는 시도하기로 결정했습니다. 인도 과학자를 발견하십시오. 그들은 물질을 통해 빛을 통과시키고 그 광선이 물질의 분자에 어떻게 산란하는지와 파장이 변하는지 확인하기를 원했습니다.

보시다시피 기꺼이 또는 무의식적으로 인도 과학자들은 소련 과학자와 동일한 작업을 수행합니다. 하지만 그들의 목표는 달랐다. Calcutta는 Compton 효과의 광학적 유추를 찾고 있었습니다. 모스크바에서 - 변동하는 비균질성에 의해 빛이 산란될 때 주파수 변화에 대한 Mandelstam의 예측을 실험적으로 확인했습니다.

Raman과 Krishnan은 예상되는 효과가 극히 작기 때문에 어려운 실험을 구상했습니다. 실험을 위해서는 매우 밝은 광원이 필요했습니다. 그런 다음 그들은 망원경으로 태양 광선을 수집하여 태양을 사용하기로 결정했습니다.

그의 수정체 지름은 18센티미터였다. 연구원들은 수집된 빛을 프리즘을 통해 액체와 가스가 담긴 용기로 향하게 하고 먼지와 기타 오염 물질을 철저히 청소했습니다.

그러나 거의 모든 가능한 파장을 포함하는 백색 태양광을 사용하여 예상되는 작은 파장의 산란광을 감지하는 것은 가망이 없었습니다. 따라서 과학자들은 광 필터를 사용하기로 결정했습니다. 그들은 렌즈 앞에 청자색 필터를 놓고 황록색 필터를 통해 산란광을 관찰했습니다. 그들은 첫 번째 필터를 통과하는 것이 두 번째 필터에 걸리도록 올바르게 결정했습니다. 결국 황록색 필터는 첫 번째 필터에서 투과된 청자색 광선을 흡수합니다. 그리고 서로 뒤에 배치된 둘 다 모든 입사광을 흡수해야 합니다. 그러나 일부 광선이 관찰자의 눈에 들어가면 입사광이 아니라 연구중인 물질에서 태어났다고 확실히 말할 수 있습니다.

콜롬바

실제로 Raman과 Krishnan은 두 번째 필터를 통과하는 산란광에서 광선을 발견했습니다. 그들은 여분의 주파수를 수정했습니다. 이것은 원칙적으로 광학 Compton 효과일 수 있습니다. 즉, 용기에 있는 물질의 분자에 의해 산란되면 청자색 빛이 색을 바꾸고 황록색이 될 수 있습니다. 그러나 이것은 여전히 ​​증명되어야했습니다. 황록색 표시등이 나타나는 다른 이유가 있을 수 있습니다. 예를 들어 빛, 열 및 기타 원인의 영향으로 액체와 고체에서 종종 발생하는 약한 빛인 발광의 결과로 나타날 수 있습니다. 분명히 한 가지가 있습니다. 이 빛은 다시 태어났고 입사광에 포함되지 않았습니다.

과학자들은 6가지 다른 액체와 2가지 유형의 증기로 실험을 반복했습니다. 그들은 여기서 발광이나 다른 원인이 역할을 하지 않도록 했습니다.

가시광선의 파장은 물질에 산란될 때 증가한다는 사실은 Raman과 Krishnan이 확립한 것처럼 보였습니다. 그들의 검색이 성공한 것 같았습니다. 그들은 Compton 효과에 대한 광학적 유사성을 발견했습니다.

그러나 실험이 완성된 형태를 갖고 충분히 설득력 있는 결론을 내리기 위해서는 작업의 한 부분을 더 수행해야 했습니다. 파장의 변화를 감지하는 것만으로는 충분하지 않았습니다. 이 변화의 크기를 측정하는 것이 필요했습니다. 첫 번째는 광 필터를 만드는 데 도움이 되었습니다. 그는 두 번째를 할 힘이 없었습니다. 여기서 과학자들은 연구 중인 빛의 파장을 측정할 수 있는 장치인 분광기가 필요했습니다.

그리고 연구원들은 덜 복잡하고 힘든 두 번째 부분을 시작했습니다. 그러나 그녀는 또한 그들의 기대에 부응했습니다. 결과는 작업의 첫 번째 부분의 결론을 다시 확인했습니다. 그런데 그 파장이 의외로 컸다. 예상보다 훨씬 더. 이것은 연구원을 괴롭히지 않았습니다.

여기서 콜럼버스를 기억하지 않는 방법은 무엇입니까? 그는 인도로 가는 바닷길을 찾았고 육지를 보고 자신의 목표를 달성했다는 데 의심의 여지가 없었습니다. 붉은 피부의 주민들과 신대륙의 낯선 자연을 보고 자신의 자신감을 의심할 이유가 있었을까.

가시광선에서 콤프턴 효과를 발견하고자 했던 Raman과 Krishnan이 그들의 액체와 기체를 통과하는 빛을 조사하여 그것을 발견했다고 결정한 것이 사실이 아닙니까?! 측정 결과 산란광선의 파장이 예기치 않게 크게 변했을 때 망설였습니까? 그들은 그들의 발견으로부터 어떤 결론을 이끌어냈습니까?

인도 과학자들에 따르면 그들은 그들이 찾고 있던 것을 찾았습니다. 1928년 3월 23일, "The Optical Analogy of the Compton Effect"라는 제목의 기사가 실린 전보가 런던으로 날아갔습니다. 과학자들은 다음과 같이 썼습니다.

원자의 춤

Raman과 Krishnan의 작업은 과학자들 사이에서 기립 박수를 받았습니다. 모두가 그들의 실험적인 예술에 감탄했습니다. 이 발견으로 라만은 1930년 노벨상을 받았습니다.

입사광의 주파수와 물질 분자에 산란 된 빛을 나타내는 선이 그 자리를 차지한 인도 과학자들의 편지에 스펙트럼 사진이 첨부되었습니다. Raman과 Krishnan에 따르면 이 사진은 그들의 발견을 이전보다 더 명확하게 설명했습니다.

Mandelstam과 Landsberg는 이 사진을 보았을 때 그들이 찍은 사진과 거의 똑같은 사본을 보았습니다! 그러나 그녀의 설명을 알게 된 그들은 즉시 Raman과 Krishnan이 틀렸다는 것을 깨달았습니다.

아니요, 인도 과학자들은 Compton 효과를 발견하지 못했지만 완전히 다른 현상, 소련 과학자들이 수년 동안 연구해온 것과 동일한 현상입니다 ...

인도 과학자들의 발견으로 인한 흥분이 커지는 동안 Mandelstam과 Landsberg는 제어 실험을 마치고 마지막 결정적인 결과를 요약했습니다.

그리고 1928년 5월 6일, 그들은 인쇄할 기사를 보냈다. 스펙트럼 사진이 기사에 첨부되었습니다.

문제의 역사를 간략하게 설명하면서 연구원들은 그들이 발견한 현상에 대해 자세히 설명했습니다.

그렇다면 많은 과학자들이 머리를 숙이고 괴로워하게 만든 이 현상은 무엇이었을까요?

Mandelstam의 깊은 직관력과 명료한 분석 정신은 과학자에게 발견된 산란광 주파수의 변화가 공기 밀도의 무작위 반복을 고르게 만드는 분자간 힘에 의해 야기될 수 없다는 것을 즉시 자극했습니다. 그 이유는 의심할 여지 없이 물질 자체의 분자 안에 있으며, 그 현상은 분자를 형성하는 원자의 분자 내 진동에 의해 발생한다는 것이 과학자에게 분명해졌습니다.

이러한 변동은 매질에서 무작위 불균일성의 형성 및 재흡수에 수반되는 변동보다 훨씬 더 높은 빈도로 발생합니다. 산란광에 영향을 미치는 것은 분자 내 원자의 이러한 진동입니다. 원자는 그대로 표시하고 흔적을 남기고 추가 주파수로 암호화합니다.

그것은 가장 아름다운 추측, 자연의 작은 요새인 분자의 울타리 너머로 인간의 생각을 대담하게 침범한 것이었습니다. 그리고 이 탐험은 내부 구조에 대한 귀중한 정보를 가져왔습니다.

손에 손

그래서 분자간 힘에 의한 산란광 주파수의 작은 변화를 감지하려 했을 때 분자간 힘에 의한 주파수의 변화가 더 큰 것으로 나타났다.

따라서 '빛의 라만 산란'이라 불리는 새로운 현상을 설명하기 위해서는 만델스탐이 만든 분자 산란 이론을 분자 내부 원자의 진동 효과에 대한 데이터로 보완하면 충분했다. 새로운 현상은 Mandelstam이 1918년에 공식화한 아이디어를 개발한 결과로 발견되었습니다.

예, Academician S.I. Vavilov,“자연은 Leonid Isaakovich에게 완전히 특이한 눈에 띄는 미묘한 마음을 부여했으며, 그는 대다수가 무관심하게 지나간 중요한 것을 즉시 알아 차리고 이해했습니다. 이것이 광산란의 요동 본질을 이해한 방법이고, 이것이 광산란 동안 스펙트럼의 변화에 ​​대한 아이디어가 나타난 방식이며, 이것이 라만 산란 발견의 ​​기초가 되었습니다.

그 후, 이 발견으로부터 막대한 이익을 얻었고, 가치 있는 실제 적용을 받았습니다.

발견 당시에는 그것이 과학에 대한 가장 가치 있는 공헌으로 보였습니다.

라만과 크리슈난은 어떻습니까? 그들은 소련 과학자들의 발견과 그들 자신의 발견에 어떻게 반응했습니까? 그들이 발견한 것을 이해했습니까?

이러한 질문에 대한 답은 소련 과학자들이 기사를 발표한 지 9일 후에 언론에 보낸 Raman과 Krishnan의 다음 편지에 포함되어 있습니다. 예, 그들은 그들이 관찰한 현상이 Compton 효과가 아니라는 것을 이해했습니다. 이것은 빛의 라만 산란입니다.

Raman과 Krishnan의 편지와 Mandelstam과 Landsberg의 기사가 출판된 후, 동일한 현상이 모스크바와 캘커타에서 독립적으로 그리고 거의 동시에 수행되고 연구되었다는 것이 전 세계의 과학자들에게 분명해졌습니다. 그러나 모스크바의 물리학자들은 수정에서 그것을 연구했고, 인도의 물리학자들은 액체와 기체에서 그것을 연구했습니다.

물론 이 병렬 처리는 우연이 아닙니다. 그녀는 문제의 시급성과 과학적 중요성에 대해 이야기합니다. 1928년 4월 말 Mandelstam과 Raman의 결론에 가까운 결과가 프랑스 과학자 Rocard와 Kaban에 의해 독립적으로 얻어졌다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 얼마 후 과학자들은 1923년에 체코의 물리학자 Smekal이 이론적으로 동일한 현상을 예측했음을 기억했습니다. Smekal의 연구에 이어 Kramers, Heisenberg 및 Schrödinger의 이론적 연구가 등장했습니다.

많은 국가의 과학자들이 자신도 모르는 사이에 같은 문제를 해결하기 위해 노력했다는 사실은 과학적 정보의 부족으로만 설명할 수 있습니다.

37년 후

라만 산란에 대한 조사는 빛의 과학에 새로운 장을 열었을 뿐만 아니라 동시에 그들은 기술에 강력한 무기를 제공했습니다. 업계는 물질의 특성을 연구하는 훌륭한 방법을 얻었습니다.

결국 빛의 라만 산란 주파수는 빛을 산란시키는 매질의 분자에 의해 빛에 중첩되는 각인입니다. 그리고 다른 물질에서 이러한 각인은 동일하지 않습니다. 이것은 Academician Mandelstam에게 빛의 라만 산란을 "분자의 언어"라고 부를 권리를 부여한 것입니다. 빛의 광선에서 분자의 흔적을 읽을 수 있고 산란광의 구성을 결정할 수있는 사람들은이 언어를 사용하여 분자 구조의 비밀에 대해 말할 것입니다.

조합 스펙트럼 사진의 네거티브에는 다양한 검은색의 선 외에는 아무 것도 없습니다. 그러나이 사진에서 전문가는 산란광이 물질을 통과 한 후 나타나는 분자 내 진동의 빈도를 계산할 것입니다. 이 그림은 분자의 구조, 원자를 분자에 결합시키는 힘, 원자의 상대적인 움직임 등 지금까지 알려지지 않은 분자의 내부 생활에 대한 많은 측면에 대해 알려줄 것입니다. Raman 스펙트로그램을 해독하는 방법을 학습함으로써 물리학자들은 분자가 자신을 설명하는 데 사용하는 독특한 "가벼운 언어"를 이해하는 방법을 배웠습니다. 그래서 새로운 발견은 분자의 내부 구조에 더 깊이 침투하는 것을 가능하게 했습니다.

오늘날 물리학자들은 라만 산란을 사용하여 액체, 결정 및 유리질 물질의 구조를 연구합니다. 화학자들은 이 방법을 사용하여 다양한 화합물의 구조를 결정합니다.

빛의 라만 산란 현상을 사용하여 물질을 연구하는 방법은 P.N. 실험실 직원이 개발했습니다. Academician Landsberg가 이끄는 소련의 Lebedev Academy of Sciences.

이러한 방법을 사용하면 공장 실험실에서 항공 휘발유, 분해 제품, 정유 제품 및 기타 여러 복잡한 유기 액체의 정량 및 정성 분석을 빠르고 정확하게 수행할 수 있습니다. 이렇게하려면 연구중인 물질을 조명하고 분광기로 산란 된 빛의 구성을 결정하는 것으로 충분합니다. 매우 간단해 보입니다. 그러나이 방법이 정말 편리하고 빠르다는 것이 밝혀지기 전에 과학자들은 정확하고 민감한 장비를 만들기 위해 열심히 노력해야 했습니다. 그리고 그것이 이유입니다.

연구 중인 물질에 들어가는 빛 에너지의 총량 중에서 미미한 부분(약 100억분의 1)만이 산란광에 의해 설명됩니다. 그리고 라만 산란은 이 값의 2~3%도 거의 설명하지 않습니다. 분명히 이것이 Raman 산란 자체가 오랫동안 눈에 띄지 않은 이유입니다. 그리고 라만 산란의 첫 번째 사진을 얻기 위해 수십 시간 동안 지속되는 노출이 필요하다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

우리나라에서 만들어진 최신 장비를 사용하면 몇 분, 때로는 몇 초 안에 순수한 물질의 라만 스펙트럼을 얻을 수 있습니다! 개별 물질이 몇 퍼센트의 양으로 포함된 복잡한 혼합물을 분석하는 경우에도 일반적으로 한 시간을 초과하지 않는 노출이면 충분합니다.

Mandelstam과 Landsberg, Raman과 Krishnan이 사진 건판에 기록된 분자 언어를 발견하고 해독하고 이해한 지 37년이 지났습니다. 그 이후로 안경사가 라만 주파수 카탈로그라고 부르는 분자 언어의 "사전"을 편집하기 위해 전 세계적으로 지속적인 작업이 수행되었습니다. 이러한 카탈로그가 작성되면 스펙트로그램의 해석이 크게 촉진될 것이며 빛의 라만 산란은 과학과 산업에 더욱 완벽하게 활용될 것입니다.

가설: 작업 계획: 빛이 무엇인지 연구하기 위해; 광선의 입사각에 따른 투명한 매체의 색상 변화를 조사합니다. 관찰된 현상에 대해 과학적으로 설명하십시오. 하늘색의 변화는 지구 대기에 들어오는 광선의 각도와 관련이 있습니다.

이론적 부분 모든 사람들은 무지개의 모든 색상이 어떻게 반짝이는 지, 수정의 가장자리, 작은 이슬 방울을 보았습니다. 무슨 일이야? 결국 하얀 햇빛 광선은 투명한 무색 몸체에 떨어집니다. 이러한 현상은 오랫동안 사람들에게 알려져 왔습니다. 오랫동안 백색광이 가장 단순하고 생성되는 색상은 특정 신체의 특수한 속성이라고 믿었습니다.

1865년 제임스 맥스웰. 전자기파 이론을 만들었습니다. 빛은 EMW의 해입니다. Heinrich Hertz는 EMW를 만들고 배포하는 방법을 발견했습니다.

빛은 길이가 다른 파동의 집합체인 전자기파입니다. 우리의 시력으로 우리는 EMW 길이의 작은 간격을 빛으로 인식합니다. 함께, 이 파도는 우리에게 백색광을 제공합니다. 그리고 이 간격에서 파동의 일부를 선택하면 어떤 색상의 빛으로 인식합니다. 기본 색상은 총 7가지입니다.

실험 과정: 용기(수족관)에 물을 채웁니다. 물에 약간의 우유를 넣으십시오 (이것은 먼지 입자입니다). 손전등의 빛을 위에서 물 위로 향하게합니다. 이것은 정오의 하늘색입니다. 물 위의 빛의 입사각을 0에서 90으로 변경합니다. 색상 변화를 관찰합니다.

결론: 하늘색의 변화는 광선이 지구 대기에 진입하는 각도에 따라 달라집니다. 낮에는 하늘색이 파란색에서 빨간색으로 바뀝니다. 그리고 빛이 대기에 들어 가지 않으면 지구상의 이곳에 밤이옵니다. 날씨가 좋은 밤에는 먼 별에서 오는 빛이 우리에게 도달하고 달은 반사광으로 빛납니다.

내 주제의 관련성은 많은 사람들이 맑고 푸른 하늘을보고 감탄하고 그것이 왜 그렇게 푸른 지, 왜 그런 색을 주는지 아는 사람이 거의 없기 때문에 청취자에게 흥미롭고 유용 할 것이라는 사실에 있습니다.

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시사:

1. 소개. 와 함께. 삼
2. 주요 부분. 와 함께. 4-6

1. 반 친구들의 제안

1. 고대 과학자들의 추측
2. 현대적 관점
3. 하늘의 다른 색상
4. 결론.

1. 결론. 와 함께. 7
2. 문학. 와 함께. 8

1. 소개.

나는 날씨가 맑고 화창하고 하늘에 구름 한 점 없고 하늘색이 파랗다는 것을 좋아합니다. “궁금해.” 나는 “하늘이 왜 파랗지?”라고 생각했습니다.

연구 주제:하늘은 왜 파랗습니까?

공부의 목적:하늘이 왜 파란지 알아?

연구 목표:

고대 과학자들의 가정을 배우십시오.

현대 과학의 관점을 알아보십시오.

하늘의 색을 보세요.

연구 대상- 대중 과학 문학.

연구 주제- 하늘의 푸른 색.

연구 가설:

구름은 수증기로 이루어져 있고 물은 파란색이라고 가정해 봅시다.

또는 태양에는 하늘을 그런 색으로 칠하는 광선이 있습니다.

공부 계획:

1. 백과사전 보기
2. 인터넷에서 정보 찾기;
3. 전 세계에서 연구된 주제를 기억하십시오.
4. 엄마에게 물어봐;
5. 반 친구들의 의견을 구하십시오.

내 주제의 관련성은 많은 사람들이 맑고 푸른 하늘을보고 감탄하고 그것이 왜 그렇게 푸른 지, 왜 그런 색을 주는지 아는 사람이 거의 없기 때문에 청취자에게 흥미롭고 유용 할 것이라는 사실에 있습니다.

2. 주요 부분.

동급생의 제안.

하늘은 왜 파란색일까요?라는 질문에 친구들이 뭐라고 대답할지 궁금했습니다. 누군가의 의견이 나와 일치할 수도 있고 완전히 다를 수도 있습니다.

우리 학교 3학년 학생 24명을 인터뷰했습니다. 응답 분석 결과는 다음과 같습니다.

8명의 학생들은 지구에서 증발하는 물 때문에 하늘이 파랗다고 제안했습니다.

4명의 학생이 파란색이 차분하다고 대답했습니다.

4명의 학생은 하늘의 색이 대기와 태양의 영향을 받는다고 생각합니다.

3명의 학생은 공간이 어둡고 대기가 흰색이어서 파란색이 된다고 생각합니다.

2명의 학생은 태양 광선이 대기에서 굴절되어 파란색이 형성된다고 믿습니다.

날씨가 춥기 때문에 2명의 학생이 이 옵션(하늘의 파란색)을 제안했습니다.

1 학생 - 이것이 자연에서 작동하는 방식입니다.

내 가설 중 하나가 사람들의 가장 일반적인 의견과 일치한다는 것이 궁금합니다. 구름은 수증기로 만들어지고 물은 파란색입니다.

고대 과학자들의 추측.

문헌에서 내 질문에 대한 답을 찾기 시작했을 때 많은 과학자들이 답을 찾기 위해 머리를 쥐어짜고 있다는 것을 알게 되었습니다. 많은 가설과 가정이 발명되었습니다.

예를 들어 고대 그리스인은 하늘이 왜 파란색입니까? -나는 주저없이 즉시 대답합니다. "하늘은 가장 순수한 암석으로 만들어져 있기 때문에 파랗습니다!" 하늘은 놀라운 정확도로 서로 삽입된 몇 개의 수정 구체입니다. 그리고 중간에는 바다, 도시, 사원, 산봉우리, 숲길, 선술집 및 요새가 있는 지구가 있습니다.

이것이 고대 그리스인의 이론이었는데 왜 그렇게 생각했을까? 하늘은 만질 수 없고 볼 수만 있었다. 보고 생각하십시오. 그리고 다양한 추측을 해보세요. 우리 시대에는 그러한 추측을 "과학적 이론"이라고 불렀지 만 고대 그리스 시대에는 추측이라고 불렀습니다. 그리고 많은 관찰과 더 많은 생각 끝에 고대 그리스인들은 이것이 하늘의 푸른 색과 같은 이상한 현상에 대한 간단하고 아름다운 설명이라고 결정했습니다.

나는 그들이 왜 그렇게 생각하는지 확인하기로 결정했습니다. 일반 유리 조각을 넣으면 투명합니다. 하지만 그런 안경을 한 뭉치 쌓아서 들여다 보면 푸르스름한 색조가 보일 것입니다.

하늘색에 대한 이 간단한 설명은 1500년 동안 존재해 왔습니다.

Leonardo da Vinci는 "... 어둠 위의 가벼움이 파란색이되기 때문에 ..."라는 이유로 하늘을이 색으로 칠할 것을 제안했습니다.

일부 다른 과학자들은 같은 의견을 가지고 있었지만 그럼에도 불구하고 나중에이 가설이 근본적으로 잘못되었다는 것이 분명해졌습니다. 검은 색과 흰색을 혼합하면 이러한 색상의 조합이 회색과 음영 만 제공하기 때문에 파란색이 될 가능성이 없기 때문입니다. .

조금 후인 18세기에 하늘의 색은 공기의 구성 요소에 의해 결정된다고 믿었습니다. 이 이론에 따르면 순수한 공기는 검기 때문에 공기에는 많은 불순물이 포함되어 있다고 믿었습니다. 이 이론 이후에도 여전히 많은 가정과 추측이 있었지만 아무도 그 자체를 정당화할 수 없었습니다.

현대적 관점.

나는 현대 과학자들의 의견에 의지했다. 현대 과학자들은 답을 찾았고 왜 하늘이 푸른지 증명했습니다.

하늘은 그냥 공기, 우리가 매 순간 숨쉬는 평범한 공기, 투명하고 무게가 없기 때문에 볼 수도 만질 수도 없는 공기일 뿐입니다. 그러나 우리는 투명한 공기를 마신다. 왜 머리 위로 그렇게 푸른 색을 얻습니까?

모든 비밀은 우리 분위기에 있었습니다.

태양 광선은 지구에 도달하기 전에 거대한 공기층을 통과해야 합니다.

태양 광선은 흰색입니다. 그리고 흰색은 유색 광선의 혼합물입니다. 무지개의 색을 쉽게 기억할 수 있는 운율처럼:

1. 각 (빨간색)
2. 헌터(주황색)
3. 소원(노란색)
4. 알다 (녹색)
5. 어디에 (파란색)
6. 앉아 (파란색)
7. 꿩 (보라색)

공기 입자와 충돌하는 태양 광선은 일곱 가지 색상의 광선으로 나뉩니다.

빨간색과 주황색 광선은 가장 길고 태양에서 우리 눈으로 곧장 들어갑니다. 그리고 파란색 광선은 가장 짧고 공기 입자를 모든 방향으로 튕겨내며 가장 적게 땅에 도달합니다. 따라서 하늘은 푸른 광선으로 뚫립니다.

하늘의 다른 색상.

하늘이 항상 푸른 것은 아닙니다. 예를 들어, 태양이 빛을 내지 않는 밤에 우리는 하늘이 파랗지 않고 대기가 투명한 것처럼 보입니다. 그리고 투명한 공기를 통해 사람은 행성, 별을 볼 수 있습니다. 그리고 낮에는 파란색이 다시 우리 눈에서 천체를 숨 깁니다.

하늘색은 일몰, 흐린 날씨, 흰색 또는 회색으로 빨간색입니다.

결론.

따라서 조사를 마친 후 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.

1. 전체 비밀은 우리 대기의 하늘색에 있습니다.- 행성 지구의 공기 껍질에서.
2. 대기를 통과하는 태양 광선은 일곱 가지 색상의 광선으로 나뉩니다.
3. 빨간색과 주황색 빔이 가장 길고 파란색 빔이 가장 짧습니다..
4. 파란색 광선은 다른 광선보다 지구에 덜 도달하고 하늘은 이 광선 덕분에 파란색으로 뚫립니다.
5. 하늘이 항상 푸른 것은 아닙니다.

가장 중요한 것은 이제 하늘이 파란 이유를 알게 되었다는 것입니다. 두 번째 가설을 부분적으로 확인했는데, 태양에는 하늘을 이 색으로 칠하는 광선이 있습니다. 두 반 친구의 추측이 정답에 가장 가깝습니다.