نور چیست؟ نور همه جای زندگی روزمره ماست از درخشش گرم خورشید صبحگاهی تا سوی کم نور یک چراغ خواب. اما نور دقیقا چیست؟ چرا فقط نور وجود داره می تونیم چیز ها رو ببینیم و چجوری تونستیم با ایجاد نور بر تاریکی شب غلبه کنیم؟ در این مقاله سعی دارم درباره نور و خواص آن براتون توضیحاتی بدم چگونه در فضا سیر میکنه و نوع تعامل با ماده چجوریه، درباره طیف سنجی الکترومغناطیسی نور خواهم نوشت و همچنین درباره پدیده های انعکاس، انکسار و پراش و همچنین نوع عملکرد چشم انسان.در اخر این مقاله اطلاعات بیشتری درباره این پدیده فیزیکی و بینایی بیشتر خواهید دانست.

طبیعت نور

وقتی از نور حرف میزنیم از چی صحبت می کنیم؟ در فیزیک نور تشعشع الکترومغناطیست که میتونه توسط چشم انسان کشف بشه. این تعریف دو تا معنی داره اولیش اینه که نور انرژی الکترومغناطیست و دومیش اینه که چشم ما به محدوده خاصی از این انرژی حساسه.در حقیقت تشعشع الکترومغناطیس طیف گسترده ای از طول های مختلف امواج را در بر میگیره از طول موج های به شدت کوچک و پر انرژی مثل پرتو های گاما(که طول موج کمتر از 10 به توان منفی 11 دارند!) تا طول موج های رادیویی بسیار بلند(که بعضا به چندین متر میرسه). اون بخشی از این طیف که توسط چشم ما دیده میشه به نور قابل مشاهده مشهوره، که به طور تخمینی حدود طول موج های 400 نانومتر بنفش تا 700 نانومتر قرمز را شامل میشه.این طیف در مقابل کل طیف الکترومغناطیس نور بسیار کوچکه اما با این وجود عامل ایجاد همه رنگ ها در دنیای روزمره ماست.

نور در ذات خود، یک طبیعت دوگانه دارد. بعضی اوقات به مانند موج عمل می کند و گاهی به مانند ذره. به این نوع رفتار نور، دوگانگی موج-ذره می گند.آزمایشات مختلفی این دوگانگی را نشان داده اند.برای مثال در سال 1801 آزمایش معروف شکاف دو گانه توماس یانگ نشان داد که نور الگوی تداخلی دارد که نشانه رفتار موجی نور است. در این آزمایش وقتی نور از دور شکاف عبور داده می شود به مانند یک موج بر صفحه پشتی عمل می کند.در مقابل فیزیکدان های قرن بیستم اثبات کردند که انرژی نور توسط ذرت گسسته ای به اسم فوتون حمل می شود که نشان از رفتار ذره ای نور دارد. هیچ کدوم از این دو رفتار به تنهایی نور را توصیف نمی کنند. فیزیک مدرن از الکترودنامیک کوانتومی به عنوان یک تئوری جامع برای ترکیب الکترومغناطیس و مکانیک کوانتومی استفاده می کند که در این نوع بیان، نور بسته الکترومغناطیسی امواج است.به بیان ساده می تونید نور رو به عنوان جریانی از فوتون ها در نظر بگیرید که میتونه رفتار موجی از خودش نشون بدهاین شخصیت دوگانه نور ممکنه عجیب به نظر بیاد ولی یکی از بخش های زیبای طبیعته که در مورد تمام اجزای طبیعت صدق می کند.

یک خصوصیت اساسی نور سرعتشه.در خلا نور با سرعت 299792458 متر بر ثانیه حرکت می کند که معادل 186282 مایل بر ثانیه است.این سرعت که با ثابت C  نشان داده می شود یکی از مهمترین پارامتر های فیزیک مدرن است.هیچ ذره با جرمی نمی تواند به این سرعت برسد و نور حد سرعت اجسام در فضاست.وقتی نور درون مواد مختلف مثل هوا و آب یا شیشه عبور می کند کمی کند می شود اما در خلا یک سرعت ثابت برای همه مشاهده گراست.ثبات سرعت نور بخش مهمی از تئوری نسبیت اینشتین است و فهم ما نسبت به فضا و زمان را تغییر داده است.

بیشتر بخوانید: سایه ها در سینما

خوبه یادآوری کنم که نور درون ماده همگن یا خلا در خطوط راست طی مسیر می کند تا وقتی که وارد فضا یا ماده دیگری بشود جالبه بدونید که فلاسفه یونانی مثل اقلیدس اولین افرادی بودند که متوجه این خصلت نور شدند و تونستند قوانین انعکاس آینه را کشف کنند البته همانطور که در بقیه مطلب بهتون خواهم گفت نور میتونه تحت شرایط خاصی خم یا پخش بشود(مثل پدیده انکسار در لنز و پراش در لبه ها) اما در حالت کلی در یک محیط همگن نور خطوط صاف را طی می کند.

به طور خلاصه نور یک موج الکترومغناطیست که از طریق فوتون ها با سرعت زیاد و طول موج های مختلف در فضا پخش می شود فقط بخش کوچکی از این نور برای ما قابل مشاهدست در بخش های بعدی توضیحات بیشتری درباره این طیف الکترومغناطیسی خواهم داد.

طیف الکترومغناطیس، رنگین کمانی ورای دیدن

طیف الکترومغناطیس تمام فرم های تشعشع الکترومغناطیس را پوشش می دهد از موج های کم انرژی رادویی تا امواج گاما.در نمودار زیر می تونید ببینید که چجور بخش های مختلف این طیف با طول موج،فرکانس و انرژی های مختلف تطابق پیدا می کند. نور قابل مشاهده بخش کوچکی از این طیف است در عکس زیر نشان داده شده است که پرتو های غیر یونیزان (مثل امواج رادویی،میکروویو و نور قابل مشاهده) با پرتو های یونیزان(مثل ماورای بنفش، ایکس ری و اشعه پاما) تفاوت دارد.پرتوهیا یونیزان اونقدر انرژی دارند که بتونن الکترون رو از اتم جدا کنند یا به اصطلاح اتم رو یونیزه کنند که بخاطر همین هم هست ک ه پرتو های ماورابنفش و پرانرژی تر می تونند به ساختارهای بیولوژیکی انسان آسیب وارد کنند در حالی که پرتوهای غیر یونیزان چنین خاصیتی ندارند.

ما معمولا طیف الکترومغناطیس را به بخش های مختلفی تقسیم بندی و نام گذاری می کنیم که به ترتیب طول موج عبارتند از امواج رادیویی، میکروویو، مادون قرمز، نور قابل مشاهده، ماورای بنفش، اشعه ایکس و پرتو های گاما.

هرکدوم از این بخش ها، پدیده نوری متفاوتی را با طول موج،فرکانس و انرژی مختلف نمایان می کنند برای مثال امواج رادیویی میتوانند متر ها تا بعضا کیلومتر ها طول داشته باشند که آن ها را مناسب  ارتباط بی سیم می کند امواج میکرویو با طول موج در حد چند سانتی متر میتونند غذای شما رو داخل مایکروویو گرم کنند و همچنین ارتباطات موبایل را فراهم می کنند.امواج مادون قرمز با طول موج میکرومتر همان گرماییست که از اشیا خارج می شود و به طور زیاد از اشیای گرم خارج می شود و بخاطر همین امواج است که دوربین های دید در شب میتونند در تاریکی اجسام را مشاهده کنند که بعدا در مقالات بعدی توضیحات کاملی درباره این پدیده خواهم داد. بعد از مادون قرمز ما به نور قابل مشاهده می رسیم که همانطور که قبلا گفتم امواج حدود 400 تا 700 نانومتر را شامل می شوند و توسط چشمان ما کشف می شوند. بعد از نورهای مرئی امواج ماورای بنفش قرار دارند که باعث آفتاب سوختگی شما در ساحل می شوند این امواج به طور گسترده توسط خورشید ساطع می شود و برای چشمان، پوست و حتی لباس های شما مضر است در مقالات بعدی درباره اینکه چجوری زمین اشعه ماورای بنفش را جذب می کند توضیحاتی به شما خواهم داد. اشعه ایکس همانطور که می دونید در عکس بداری پزشکی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد این اشعه از بافت های بدن عبور می کند ولی توانایی عبور از استخوان ها را ندارد و اما پرانرژی ترین موج یا همان امواج گاما؛ با طول موجی اندازه پیکومتر یا حتی کوتاه تر که در واکنش های هسته ای یا بعضی اتفاقات نجومی به وجود می آید.

بیشتر بخوانید: مسیر نور به چشم

یک نکته جالب درباره کل این طیف نوری این است که همه این امواج با طول موج های مختلف با سرعت ثابت نور در خلا حرکت می کنند  بنا به دلایل تکاملی چشمان ما طوری شکل گرفته اند که آن بخشی از تشعشع را که بیشترین فراوانی در خورشید را دارد و خیلی راحت از لایه های اتمسفر زمین عبور می کند را می تواند ببیند.با اینحال پیشرفت علم باعث شده که بتونیم از بخش های مختلف این نور استفاده کنیم امواج رادیویی و میکروویو ستون فقرات ارتباطات ما هستند، مادون قرمز کنترل های خانگی ما رو فعال می کند از ماورای بنفش برای از بین بردن باکتری ها استفاده می شود و حتی از امواج گاما نیز برای درمان سرطان بهره می برند. در تحلیل کلی نور منبع همه اطلاعات ما درباره جهان ماست برخاطر اینکه تمام اطلاعات ما از ستاره ها و کهکشان ها از طریق تحلیل طیف الکترومغناطیسی به ما رسیده است.

اولین بار نیوتن بود که با کمک منشور توانست نور را به بخش های مختلف جدا کند در 1666  نیوتن توانست نشان بدهد که نور سفید خورشید از رنگ های متفاوتی تشکیل شده است در اون موقع هنوز انسان ها درباره مادون قرمز و ماورای بنفش نمیدونستند در 1800 ویلیام هرشل با اندازه گیری دما توانست امواج مادون قرمز را کشف کند یک سال بعد جان ریتر متوجه شد طیف های نامرئی نور باعث ایجاد واکنش های شیمیایی می شوند که این کشف موجوب اکتشاف امواج ماورای بنفش شد.این اکتشافات اثبات کرد که نور از بخش های نامرئی تشکیل شده است و سپس در سال 1860 جیمز کلرک مکسول الکتریسیته و مغناطیس را در تئوری متحد الکترومغناطیس همگام کرد و به این نتیجه رسید که خود نور یک موج الکترومغناطیست. این اتفاق یکی از بزرگترین انقلابات علمی تاریخ بشر بود زیرا که به این معنی بود که نور یک پدیده جداگانه از الکترومغناطیسی که فیزیکدان ها قبلا کشف کرده بودن نیست. مکسول همینطور پیش بینی کرد که امواج الکترومغناطیس میتونند در هر فرکانسی موجود باشند دانشمند معاصر مکسول، هاینریش هرتز در سال 1866 با ایجاد و کشف امواج رادیویی، تئوری مکسول را اثبات کرد و تمام این اکتشفات امروز ما را به ارتباطات ماهواره ای و شبکه های بیسیم امروز رسانده است.

اگر بخوام به طور خلاصه توضیح بدم ما در دریایی از امواج الکترومغناطیسی زندگی میکنیم و فقط بخشی از آن را میتونیم مشاهده کنیم.حالا که درباره طبیعت نور یاد گرفتیم بیاید ببینیم که چجور نور مسافت ها را طی می کند و رفتار های متفاوت در شرایط مختلف از خود نشان می دهد.

نور چگونه حرکت می کند؟ پرتو ها، امواج و فوتون ها

در تجربیات روزانه حتما متوجه شدید که نور با سرعت بسیار زیاد و در خطوط صاف حرکت می کند اگر لامپ اتاق خودتون رو روشن کنید میبینید که روشنایی به سرعت در اتاق پخش می شود اگر چراغ قوه ای را به روی دیوار بیندازید متوجه اون بخشی از محیط که نور خورده است می شوید این مشاهدات همراه با مطالعات فیزیکدانان باعث شد که این تئوری اثبات شود که اگر نور با اجسام مختلف تعامل نکند در خطوط مستقیم و با سرعت ثابت مسیر صافی را طی می کند.

یک راه برای تجسم انتشار نور مدل پرتو هاست که در اپتیک هندسی استفاده می شود در این مدل ما نور را به صورت خطوط مستقیمی ترسیم می کنیم که از یک منبع ساطع می شوند این نوع مدل سازی بسیار در ساخت لنز های دوربین، آینه ها و همچنین اینکه عکس ها چجور ثبت می شند بسیار مفیده.دانشمندان قدیم از این روش برای توضیح اینکه چجور نور باعث دیدن میشه استفاده کردند جالبه بدونید اولین تئوری مثل تئوری فیتاغورث این بود بینایی، پرتوییست که از چشم ها ساطع می شود در حالی که دیگران مثل امپدوکلس معتقد بودن که امواج نور ساطع می کنند، امروز میدونیم که امپدوکلس درست میگفت اجسام یا نور را بازتاب می دهند یا از خودشان نور ساطع می کنند. مدل پرتو همچنین بهمون توضیح میده که چرا وقتی منبع نوری کوچک یا دور است اجسام سایه ها ی لبه تیز دارند پرتوهای نبع معمولا موازی باهم توسط یک جسم بلوکه می شوند که یک سایه با لبه تیز باقی می گذارد.

بیشتر بخوانید: اختراع دوربین، نگاهی به تاریخ ثبت تصاویر

با اینحال این تئوری ساده سازیست تئوری جامع تر ،مدل موجیست. نور یک موج الکترومغناطیسیت این به این معناست که نور، انتشار ارتعاش الکتریکی و میدان مغناطیسی در فضاست. این مدل می تواند پدیده هایی مثل تداخل و پراش را توضیح دهد این تئوری همچنین به ما می گوید نور با ورود به فضا های جدید علاوه بر تغییر سرعت دچار خمش نیز می شود.

در سطح میکروسکوپی، تصویر کوانتومی نور،آن را به عنوان ذرات فوتون توصیف می کند. فوتون ها هیچ جرمی ندارند و با سرعت نور حرکت می کنند و متناسب با فرکانس موج، انرژی حمل می کنند.وقتی یک فوتون با اتم یا مولکولی برخورد می کند یا جذب می شود که در این صورت انرژی خود را به آن اتم انتقال داده است یا پخش می شود و یا از آن ماده عبور می کند. مدل ذره ای برای نوع تعامل نور با محیط در مقیاس اتمی بسیار حیاتیست و میتواند توضیح بدهد که چجوری رتینای موجود در چشم ما نور را جذب و باعث ایجاد دیدن می شود البته باید به یاد داشته باشیم حتی در دنیای فوتون ها هم آن ها از قوانین موج اپتیکی پیروی می کنند.

در بالا گفتیم که در فضای خالی نور به صورت خط مستقیم و با سرعت ثابت حرکت می کند در محیط غیر خلا دو اتفاق می افتد یک مقدار سرعت نور کمتر می شود و اینکه می تواند توسط ذرات محیط پخس یا جذب شود. کمتر شدن سرعت نور معمولا با ضریب شکست مشخص می شود برای مثال در هوا این ضریب معادل 1.0003 می باشد به این معنا که نور خیلی نزدیک به سرعت نور حرکت می کند و در آب این ضریب معادل 1.33 است و در شیشه این ضریب به 1.5 می رسد البته خود فوتون ها همیشه با سرعت نور حرکت می کنند اما در ماده های مختلف به دلیل اینکه با اتم های جسم همواره برخورد دارند به ظاهر سرعت آن ها کمتر می شود.از لحاظ تئوری بین هر برخورد فوتون ها با سرعت نور حرکت می کنند اما هر برخورد سرعت فوتون را در لحظه کم می کند.

حالا پرتویی از نور را تصور کنید در خلا این پرتو، به صورت مستقیم مسیر خود را طی می کند اگر چیزی جلویش را نگیرد تا بی نهایت به همین صورت ادامه می دهد وقتی با چیزی برخورد کند آن موقع از خود بازتاب، پراش و تداخل را نشان می دهد.

تعامل نور با اجسام

وقتی نور با ماده برخورد می کند چند اتفاق متفاوت می تواند بیفتد ممکن است بازتاب یا جذب بشود امکان دارد که دچار شکست یا همان خمش بشود، همچنین این احتمال نیز وجود دارد که دچار پخش یا پراش در لبه ها بشود معمولا چند تا از این اتفاق ها همزمان با هم می افتنداین رفتار نور توضیح میده که ما چجور اجسام رو میبینیم.

انعکاس از سطوح

ما بیشتر اجسام اطرافمون رو بخاطر انعکاس میبینیم وقتی نور از منبع به یک جسم برخورد میکنه بخشی از اون برگشت داده میشه و به چشم ما ورود می کنه که باعث میشه ما بتونیم ببینیم. قانون انعکاس به ما این رو میگه که زاویه برخورد نور با جسم برابر است با زاویه انعکاس نور از همان جسم. این قانون رفتار آینه ها رو توضیح میده. آینه بخاطر سطح صافی که داره تقریبا همه نور رو به صورت منظم انعکاس میده بخاطر همین تصویر انعکاسی به صورت واضح نمایش داده میشه در مقابل یک جسم زبر مثل کاغذ با وجود اینکه نور رو انعکاس میده اما به طور منظم اینکارو انجام میده که به این پدیده بازتاب پخش شده می گویند.

انعکاس همینطور رنگ اجسام رو توضیح میده زیر نور سفید یک سیب قرمز، به این دلیل قرمزه که پوست آن تمام رنگ ها رو جذب و رنگ قرمز رو بازتاب میده.در مجموع رنگ یک جسم مات، اینطوری تعیین میشه که اون شی کدام طول موج ها رو جذب و چه طول موج هایی رو بازتاب میده.یک جسم سیاه تقریبا همه نور ها رو جذب و مقدار کمی بازتاب میکنه و به همین علته که زیر نور آفتاب خیلی زود گرم میشه. یک جسم سفید اکثر نور ها رو بازتاب میده و به همین دلیل زیر نور خورشید خنک تر باقی میمونه.

 جذب: تبدیل نور به گرما یا انرژی های دیگر

وقتی نور بازتاب نمیشه به احتمال زیاد جذب شده. جذب به این معناست که انرژی فوتون ها توسط اتم و مولکول های جسم گرفته شده که اکثر اوقات این انرژی به صورت گرما در میاد.وقتی فوتون های منبع نور به اتم ها و مولکول ها برخورد می کنن باعث لرزش ذرات موجود میشن که این گرمای جسم رو بالا میبره. اجسام مختلف طیف جذبی متفاوت دارند برای مثال برگ سبز نور قرمز و آبی رو برای فتوسنتز جذب میکنه اما سبز رو بازتاب میده.

از نتایج جالب این پدیده میشه به فلورسانس و فسفروسانس اشاره کرد که انرژی جذب شده توسط جسم، به صورت نوری با رنگ متفاوت تشعشع پیدا می کنه..فلورسانس  انتشار آنی نور توسط جسم بعد از جذب انرژی است که معمولا به صورت ماورای بنفش و نور قابل مشاهده انتشار پیدا می کنه. انتشار نور معمولا سریع بعد از قطع انرژی قطع میشه چرا که الکترون ها خیلی سریع به حالت انرژی کمتر برمیگردند و انرژی اضافی خودشون رو در قالب نور مرئی تخلیه می کنند.

فسفرسانس ،انتشار نور توسط جسم است که بعد از قطع منبع انرژی نیز ادامه پیدا می کند این تابش ممکن است تا ثانیه یا روز ها بعد از قطع منبع ادامه پیدا کند.در فسفرسانس ، الکترون ها به جای اینکه به یکباره انرژی خود را آزاد کنند در وضعیت غیر پایدار کوانتومی گیر می افتند که باعث میشه انرژی آن ها با تاخیر تخلیه بشه.فسفرسانس و فلورسانس کاربرد های مختلفی در صنایع مختلف دارند که درباره آن ها توضیحاتی در مقالات بعدی خواهم داد.

انکسار: خم شدن نور در ماده جدید

قطعا تا حالا با پدیده شکست تصویر اجسام داخل آب مواجه شدید.انکسار پدیده تغییر مسیر نور در هنگام گذر از یک ماده به ماده دیگست. این پدیده بخاطر سرعت های متفاوت نور در محیط های مختلف اتفاق میفته.

آزمایش منشور نیوتن که نور رو به اجزای رنگی خود تجزیه کرد یکی از معروف ترین تجربیات در این زمینه است. نیوتن به ما نشان داد که این پدیده به این دلیل اتفاق میفته که سرعت طول موج های مختلف نور به میزان های متفاوتی توسط شیشه منشور، کم میشند که نتیجه آن خم شدن نور در زاویه های مختلفه. به این خصلت رنگ ها پراکندگی می گویند و به همین علته که رنگین کمان در آسمان شکل می گیره.در رنگین کمان نور خورشید توسط قطرات موجود در هوا دچار انکسار میشه .

نور سفیدی که از منشور عبور میکنه دچار پراکندگی رنگی میشه نیوتن با این آزمایش اثبات کرد که نور سفید ترکیبی از رنگ هاست انکساری که ما در پدیده های طبیعی بسیاری مثل داخل یک لیوان آب میتونیم مشاهده کنیم.

انکسار اصل اصلی پشت تکنولوژی ساخت لنز هاست یک عدسی محدب نور های ورودی رو به یک سنسور یا روی نگاتیو متمرکز میکنه که این باعث ایجاد تصویر بر روی گیرنده میشه.در مقالات بعدی درباره انواع لنز ها و همچنین نحوه ثبت تصویر روی نگاتیو و سنسور براتون توضیحاتی خواهم داد. به طور خلاصه بدون انکسار ما هیچ وسیله اپتیکی برای دیدن اجسام دور یا نزدیک نداشتیم از میکروسکوپ تا تلسگوپ و حتی چشم های شما به وسیله این پدیده کار می کنند.

یک مثال دیگر که یتونید پدیده انکسار رو مشاهده کنید در عمق ظاهری آب استخر هاست که معمولا کمتر از میزان واقعی به نظر میاند چرا که نور کف استخر یا دریاچه به دلیل تغییر محیط خم شده و به چشمان شما می رسند و به نظر موقعیت کف آب را کمتر از واقعیت خود نشان می دهد.

از منظر ریاضیاتی، خم شدن نور از قانون اسنل پیروی می کند که به نام ریاضیدان هلندی ویلبرورد اسنلیوس به علت کشف قوانین انکسار نام گذاری شده است.قانون اسنل به ما این امکان رو میده که بدونیم نور متناسب با زاویه ورودی به محیط، به چه مقدار تغییر مسیر میده.

مهمه که بدونیم که نور خود به خود به صورت منحنی در نمیاد فقط در جاهایی که تغییر محیط میده با تغییر مسیر نور مواجه میشیم به محض اینکه نور تغییر مسیر داد دوباره مسیر مستقیم رو داخل جسم جدید طی می کنه.

پراش: پخش شدن نور

میدونیم که نور رفتار موجی داره به همین علت باید هنگام برخورد با جسم یا دیافراگم تغییر مسیر بده یا پخش بشه.پراش به معنای پخش شدن موج نوریست وقتی از یک منفذ کوچک داخل جسم عبور می کنند.میزان پراش با نسبت اندازه منفذ به طول موج رابطه مستقیم داره.در نور های معمولی روزانه معمولا پراش نیازمند منفذ های کوچک در اجسامه بخاطر همین هم در شرایط معمولی ما زیاد پدیده پراش را مشاهده نمی کنیم. در آزمایش شکاف دو گانه توماس یانگ که بالا شرح دادیم پراش به وضوح قابل مشاهدست. پراش را می تونید بر روی پشت دیسک های دی وی دی هم ببینید وقتی آن ها رو مقابل نور میگیرید میتونید به علت پدیده پراش، پالت رنگی به مانند رنگین کمان مشاهده کنید.

به صورت کیفی برای پدیده پراش میتوان از اصل هویجنس استفاده کرد هر نقطه ای در موج نور به عنوان منبعی برای موج های کوچک عمل میکنه وقتی بخشی از موج اصلی مخدوش بشه موج های کوچک در لبه ها در بخش های تاریک، انتشار می یابند که باعث میشه در جاهایی که باید تاریکی باشه نور برسه و در نتیجه روشن بشه.این پدیده  می تواند الگوهای تداخلی ایجاد کند جاهایی که امواج همدیگه رو خنثی میکنند تاریک می شود و جاهایی که امواج همدیگه رو تقویت میکنند روشن می ماند.

در عمل پراش کیفیت سیستم های اپتیکی را کاهش می دهد حتی یک لنز بسیار با کیفیت یا میکروسکوپ گران قیمت نمی تواند تصویر را روی یک نقطه کوچک به طور کاملا یک دست متمرکز کند چرا که پدیده پراش کیفیت تصویر را مورد تاثیر قرار می دهد.بخاطر همین هم از نور های با طول موج کوتاهتر یا الکترون ها در میکروسکوپ های پیشرفته استفاده می شود که اجازه می دهد بتوانیم جزئیات بیشتری با پراش کمتری در جسم ببینیم.در نوشته های بعدی درباره این میکروسکوپ ها و انواع آن برایتان خواهم نوشت. پدیده پراش به این معناست که سایه ها در ابعاد کوچک کاملا تاریک نیستند و جاهای نورانی با تاریکی تداخل دارند.پدیده پراش اثبات عملکرد موجی نور است.

 چگونه ما اجسام رو میبینیم؟

 از این پدیده هایی که شرح دادیم برای توضیح بینایی استفاده می کنیم در یک محیط معمولی، اجسام نورانی از خود نور ساطع می کنند و باقی اجسام را روشن می کنند که خود این اجسام نیز بازتابی از نور را به محیط انتقال می دهند.این نور بازتابی نوریست که به چشمان ما می رسد اگر جسمی شفاف باشد نور از میان آن معمولا با انکسار عبور می کند که تصویر پشت خود را مقداری تغییر می دهد. نور درون اجسام نیمه شفاف پخش می شود و به طور پراکنده بیرون می رود.

اگر منبع نوری در محیط نباشد تمام اجسام به طور کامل سیاه می شوند و در نتیجه هیچ اطلاعات نوری به چشمان شما نمی رسد.به طور خلاصه نور با اجسام به شکل های مختلفی تعامل می کند انعکاس باعث می شود که ما رنگ ها رو ببینیم انکسار باعث ایجاد تمرکز نور می شود و پراش پخش شدن و تداخل نوری را ایجاد می کند. حالا بیاید کمی درباره چشمانمان توضیح بدهیم.

چشم انسان و ادراک نور

چشم انسان معمولا با دوربین مقایسه می شود اما به مراتب پیچیده تر و پیشرفته تر از دروبین هاست. چشم یک ارگانیست که اطلاعات نوری رو تبدیل به سیگنال های الکترونیکی می کند و سپس در بخش هایی از این مغز این سیگنال پردازش و تبدیل به تصویر می شود.

از منظر اناتومی چشم بخش های متفاوتی دارد که در کنار همدیگر نور را بر روی شبکه متمرکز می کند نور از طریق قرنیه وارد چشم می شود که با کمک انکسار نور را متمرکز می کند بعد از قرنیه، نور از مردمک که مانند دیافراگم لنز می ماند، عبور کرده و بعد از آن از داخل عدسی چشم می گذرد که این عدسی میزان تمرکز نور بر روی شبکه رو تنظیم می کند.وظیفه مردمک مثل وظیفه دیافراگم در لنز کنترل نور ورودیست و اینکار رو با عضلات چشمی انجام می دهد.

شبکیه در انتهای چشم انسان قرار دارد و به نور ورودی حساس است نقش شبیکه در چشم مثل نقش سنسور داخل دوربین می باشد درون شبیکه پر از سلول های مخروطی و لوله ایست که این سلول ها نور را جذب و سیگنال الکتریکی برای ارسال به مغز ایجاد می کنند.  نسبت میله ها به مخروط ها در انسان 6 به 1 است میله ها برخ لاف مخروط ها رنگ رو تشخیص نمیدن و در اطراف شبکیه پخش شده اند اما به نور کم حساسترند در نتیجه در دید شب بیشتر تاثیر گذارند و به همین علت است که شما در تاریکی شب کناره های خود را نسبت به مرکز بهتر می بینید.

بیشتر بخوانید: تولد سینما

از طرف دیگر مخروط ها به خوبی در نور زیاد عمل می کنند و باعث تصویر رنگی می شوند انسان ها حدود 6 میلیون مخروط دارند که درگودی مرکزی شبکیه متمرکز شده اند.

مخروط ها سه دسته هستند که هرکدام به یک سری طول موج جواب می دهند مخروط های رنگ آبی و قرمز و سبز.

تعامل این سه نوع مخروط باعث ایجاد نور رنگی در ما شده است مثل رنگ زرد از تحریک شدن مخروط های قرمز و سبز به وجود می آید که مغز این سیگنال را به عنوان زرد تشخیص می دهد.

به طور خلاصه، قرنیه و لنز نور را متمرکز می کنند و مردمک با باز و بسته شدن میزان نور ورودی را تغییر می دهد وقتی نور روی شبیکه متمرکز می شود با استفاده از مخروط ها و میله ها، نور را تبدیل به سیگنال الکتریکی کرده که این سیگنال ها توسط سلول های آماکرین و عقده ای به مغز ارسال می شود درباره مسائل بینایی در مقالات بعدی توضیحات بیشتری برای شما دوستان خواهم نوشت.

ادراک رنگی ما از ترکیب سیگنال هاییست که از مخروط ها صادر می شود اگر سه نوع مخروط به یک میزان تحریک بشن ما رنگ سفید رو میبینیم اگر هر مخروطی بیشتر تحریک شود ما آن رنگ را غالب تر میبینیم و همین ویژگی در تکنولوژی نمایشگر های تصویری مثل تلویزیون یا موبایل شما استفاده شده است که با ترکیب پیکسل های آبی و قرمز و سبز رنگ ها رو تولید می کنند.جالبه ذکر کنیم که بعضی حیوانات ممکن است ادراکات رنگی و بینایی متفاوت با ما داشته باشند پرندگان میتوانن ماورای بنفش را ببینند جغد به مراتب میله های بیشتری نسبت به ما دارد و بعضی حیوانات فقط دو نوع مخروط در چشم هایشان دارند در نتیجه نور قابل مشاهده،وابسته به مشاهده گر است چیزی که نمایان است بستگی به بیولوژی ما دارد.زنبور های گل ها رو با تون ماورای بنفش می بینند و مار ها دید حرارتی نسبت به محیط دارند.

 نتیجه گیری

نور موتور بیناییست. علاوه بر اینکه اجازه زندگی به تمام موجودات میده بلکه ستون فقرات زندگی مدرن امروز ماست ، نمیتونیم ببینیم اما حضورشو به صورت گرمای مادون قرمز حس می کنیم در آفتاب های شدید بخاطر ماورای بنفش دچار سوختگی پوست می شویم و با اشعه ایکس، از شکستگی های بدنمون مطلع می شیم. تو این مقاله سعی کردم نکاتی رو درباره نور و خصلت های آن به صورت ساده بهتون بگم و دوست دارم این نوشته رو با جمله ای از افلاطون تمام کنم:

“بزرگترین تراژدی این دنیا این است که افراد از نور بترسند.”