ماهیت نور چیست و چرا سرعت آن در محیط‌های مختلف متفاوت است؟ در این مقاله به این سوالات پاسخ داده‌ایم.

به گزارش دیجیاتو، در این مقاله قصد داریم سرعت نور در محیط‌های مختلف را بررسی کنیم. پیش‌ازآن، لازم است با ماهیت نور آشنا شویم.

ماهیت نور چیست؟

راه‌های زیادی برای تعریف نور وجود دارد؛ در ساده‌ترین تعریف، می‌توان گفت نور بخشی از تابش الکترومغناطیسی است. تابش الکترومغناطیسی گستره‌ای از طول موج‌های مختلف –از رادیویی تا گاما– را در برمی‌گیرد و نور مرئی در جایگاه بخشی از تابش الکترومغناطیسی، با طول موج بین ۳۸۰ تا ۷۵۰ نانومتر تعریف می‌شود که برای چشم ما مشهود است.

هنگامی که نور بین دو مکان حرکت می‌کند، انرژی بین این دو نقطه به جریان درمی‌آید. این انرژی به‌صورت الگویی ارتعاشی از امواج الکتریکی و مغناطیسی منتقل می‌شود که امواج الکترومغناطیسی نام دارد. این امواج الکتریکی و مغناطیسی برهم عمودند و با سرعت نور منتشر می‌شوند.

چرا سرعت حرکت نور پس از عبور از ماده کاهش می‌یابد؟

به‌دلیل ساختار اتمی و ملکولی ماده، سرعت نور در آن کاهش می‌یابد. در بسیاری از مواد، الکترون‌های موجود در ذرات ماده هنگام تابش نور، شروع به نوسان می‌کنند و انرژی نور را جذب یا پراکنده می‌کنند. این فرایند موجب کاهش سرعت پیشروی نور در ماده می‌شود. همچنین، در مواد با چگالی بالاتر که ذرات باردار بیشتری در واحد حجم وجود دارد، برخورد و پراکندگی نور بیشتر شده و سرعت نور کاهش می‌یابد.

سرعت نور در خلأ

سرعت حرکت نور در خلأ دقیقاً برابر ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانیه یا ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ کیلومتر بر ثانیه است؛ ثابتی جهانی که در معادلات با پارامتر c شناخته می‌شود. در محاسبات ساده، معمولاً سرعت نور را به‌تقریب برابر ۱۰۸×۳ متر بر ثانیه یا ۱۰۵×۳ کیلومتر بر ثانیه در نظر می‌گیرند.

سرعت نور در محیط‌های مختلف

برای اینکه سرعت نور در محیط را محاسبه کنیم، باید ضریب شکست آن محیط را بدانیم. وقتی نور از محیطی به محیط دیگر می‌رود، مسیرش تغییر می‌کند. این پدیده شکست نور شناخته می‌شود و مقدار آن به ضریب شکست دو محیط بستگی دارد. ضریب شکست آب برابر ۱.۳۳ است. با محاسبه، به این نتیجه می‌رسیم که سرعت نور در آب برابر با ۱۰۵×۲.۲۵ کیلومتر بر ثانیه است.

در هوا نیز سرعت نور تغییر می‌کند. محاسبات نشان می‌دهد سرعت نور در هوا برابر ۱۰۵×۲.۹۹,۹۱۰ کیلومتر بر ثانیه است.

جمع‌بندی

برای دیدن محیط اطرافمان به نور نیاز داریم. نور به اجسام مختلف می‌تابد و پس از بازتاب به چشم ما، می‌توانیم آن جسم را ببینیم. نور مرئی بخشی از تابش الکترومغناطیسی است که شامل طول موج‌های ۳۸۰ تا ۷۵۰ نانومتر می‌شود.

از زمان نیوتن تا قرن بیستم، همواره ماهیت نور بررسی شده است. دانشمندان در دوره‌های مختلف نظریه‌های مختلفی در این زمینه ارائه داده‌اند. ابتدا دو نظریه «ذره‌ای» و «موجی» نور موردتوجه قرار گرفتند و هرکدام در توجیه برخی پدیده‌های فیزیکی کاربرد داشتند، اما دانشمندان درنهایت نتیجه گرفتند اگر نور را از در سطح ماکروسکوپیک مشاهده (اندازه‌گیری) کنیم، خاصیت ذره‌ای دارد و اگر آن را در سطح میکروسکوپی مشاهده کنیم، خاصیت موجی دارد؛ بنابراین جامعه علمی پذیرفت نور هم‌زمان هم موج است هم ذره.

تلاش‌های زیادی برای محاسبه سرعت نور شده است؛ درنهایت با ارائه نظریه نسبیت خاص، سرعت نور در خلأ ثابت و برابر ۱۰۸×۳ متر بر ثانیه به‌عنوان قانون علمی پذیرفته شد. چگونگی برهم‌کنش نور با ماده فصل جدیدی از سؤالات علمی را آغاز کرد که همواره به پیشرفت تجهیزات اپتیکی و صنعت کمک شایانی کرده است. ساخت سلول‌های خورشیدی، دوربین‌ها، کاوش در جهان دوردست با تلسکوپ‌ها، فیبر نوری، کاوش در جهان میکروسکوپی با میکروسکوپ‌های نوری، توسعه لیزر‌ها و بسیاری دیگر نتیجه شناخت نور و درک برهم‌کنش آن با مواد مختلف بوده است.