Bạn có quá quen thuộc với sự lan truyền của ánh sáng?

Sự chuyển đổi của cơ thể thành ánh sáng và ánh sáng thành cơ thể tuân theo các quy luật của Tự nhiên, dường như chúng rất thích thú với những sự biến đổi này. Isaac Newton

Thái Bình Dương và bình minh đỏ tuyệt vời vào cuối năm 1883 và đầu năm 1884, được quan sát trên toàn thế giới. Vladimir Obruchev

Ánh sáng chiếu vào một vật được chia thành hai phần, một phần được phản xạ từ bề mặt của nó (tán xạ)… John Tyndall

Nếu ý nghĩa của từ “ánh sáng” được hiểu rộng hơn (và có mọi lý do để hiểu nó cũng là tất cả các loại bức xạ khác nhau…), thì ánh sáng có thể được coi là một phương tiện truyền tải mạnh mẽ từ nơi này trong vũ trụ đến nơi khác… năng lượng… William Henry Bragg

Cường độ ánh sáng tán xạ tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của tần số sóng ánh sáng hoặc tỷ lệ nghịch với lũy thừa bậc bốn của bước sóng. John William Rayleigh

Lớp tro này trôi nổi lâu ngày trong khí quyển khiến mặt trời, mặt trăng ở châu Phi và các đảo có màu xanh lam.

…ánh sáng xanh bị phân tán mạnh hơn nhiều so với ánh sáng đỏ. Và nhìn lên bầu trời, chúng ta chỉ thấy màu xanh tuyệt vời! Richard Feynman

Nó có quen thuộc với bạn không?

?

sự truyền ánh sáng

Đầu tiên, như đã hứa trong số trước của Kính vạn hoa, chúng ta sẽ tiếp tục thảo luận về hiện tượng sóng. Thứ hai, theo Bragg, chúng tôi sẽ mở rộng khái niệm “ánh sáng” cho tất cả các loại sóng điện từ, mặc dù tất nhiên, chúng tôi sẽ để lại vai trò chủ đạo cho ánh sáng khả kiến. Thứ ba, tương tự như lần trước, chúng ta sẽ tập trung chủ yếu vào các quá trình tán xạ và hấp thụ. Hóa ra là ngay cả với giới hạn như vậy, phạm vi phần của chúng tôi không thể đáp ứng được dù chỉ một phần nhỏ trong toàn bộ các vấn đề liên quan đến quang học toàn sóng. Thật vậy, chúng ta tiếp xúc với họ trong cuộc sống hàng ngày và trong kỳ nghỉ, trong y học và nghệ thuật, khoa học và công nghệ. Tán xạ và bị hấp thụ, sóng ánh sáng xuyên qua mọi thứ xung quanh chúng ta - dù chúng ta đang chọn sơn để sửa chữa hay vẽ tranh, dù chúng ta đang cố gắng giải thích các hiện tượng khí quyển hay thiên văn, dù chúng ta đang chọn món ăn để nấu ăn, dù chúng ta đang tìm cách nghiên cứu vật chất hay giải quyết các vấn đề truyền tải thông tin. Tuy nhiên, mô hình chung của hiện tượng sóng được các nhà khoa học phát hiện giúp chúng ta có thể đối phó thành công với cả những khó khăn hàng ngày và những trở ngại khoa học cơ bản. Và như một phần thưởng cho việc vượt qua chúng, quang học đôi khi mang lại niềm vui thẩm mỹ và sự thăng hoa về mặt cảm xúc đến mức ngay cả những bộ óc lý trí xuất sắc cũng không thể che giấu chúng. Nào, chúng ta hãy cố gắng biến những người đãng trí thành những người sẽ say mê với chủ đề này.

Các câu hỏi và bài toán 1. Tại sao tuyết bẩn, đặc biệt là tuyết phủ đầy bồ hóng, tan nhanh hơn tuyết sạch?

2. Tại sao các bức tường bên trong của dụng cụ quang học được phủ sơn đen? 3. Tại sao một đôi bốt da bóng lại tỏa sáng? 4. Tại sao tranh sơn dầu thường được phủ một lớp sơn bóng? 5. Cái nào khuếch tán ánh sáng tốt hơn – giấy nhám hay giấy vẽ? 6. Nếu dầu thực vật dính vào một tờ giấy trắng, nó sẽ trở nên trong suốt đến mức bạn thậm chí có thể đọc được văn bản in ở mặt kia của tờ giấy thông qua nó. Làm thế nào để giải thích điều này? 7. Tại sao đất, giấy, gỗ, cát khi được làm ẩm bằng nước lại có màu sẫm hơn? 8. Sóng vô tuyến được phản xạ một cách phản xạ từ một mái nhà kim loại và ánh sáng khi phản xạ từ cùng một mái nhà sẽ bị phân tán rất nhiều. Tại sao? 9. Tại sao bác sĩ X quang phải sử dụng găng tay, tạp dề và kính có chứa muối chì khi làm việc? 10. Tại sao bóng đèn sợi đốt thường được bao quanh bởi một lớp bóng mờ? 11. Làm thế nào để giải thích hiện tượng dây tóc nóng của bóng đèn có màu đỏ khi quan sát qua bề mặt mờ của chao đèn? 12. Tại sao, khi không có mây, các vật thể ở trong bóng của mặt trời, chẳng hạn như trên tuyết trắng hoặc lúc chạng vạng, lại có màu hơi xanh? 13. Tuyết có màu trắng đục, mặc dù gồm những tinh thể băng nhỏ không màu, nước trong suốt thì trong suốt, nhưng sương mù và mây là những giọt nước nhỏ thì mờ đục. Tại sao? 14. Tại sao nước biển thường chuyển sang màu xanh lục ở những nơi cạn? 15. Tại sao khói lửa lại xuất hiện trên nền cây?

màu xanh lam, nhưng phía trên ngọn cây (trên nền trời sáng) nó trông có màu đỏ vàng? 16. Trong nhà kính, nhiệt độ cao hơn đáng kể so với không khí xung quanh, ngay cả khi không có hệ thống sưởi và phân bón. Làm thế nào để giải thích điều này? 17. Tại sao có thể chiên thịt bằng lò vi sóng? 18. Trái đất có màu gì khi quan sát từ không gian và tại sao? 19. Tại sao bầu trời trên Mặt trăng lại có màu đen nhưng trên Sao Hỏa lại có màu đỏ? 20. Tại sao nó trở nên sáng hơn khi một ngôi sao mọc lên phía trên đường chân trời? 21. Có quan sát được hoàng hôn trên Mặt trăng không? 22. Trong các bức ảnh chụp Mặt trăng gần Trái đất thu được từ các trạm liên hành tinh, Trái đất trông rất sáng và Mặt trăng trông khá tối. Tại sao? 23. Tại sao các nhà thiên văn vô tuyến có thể tiến hành quan sát vào ban đêm và ban ngày, còn các nhà thiên văn quang học chỉ có thể tiến hành quan sát vào ban đêm?

Thí nghiệm vi mô Nghiền vài tinh thể đồng sunfat thành bột mịn. Điều gì sẽ xảy ra với màu sắc của tinh thể? Tại sao?

Thật tò mò rằng… …để giải thích màu xanh của bầu trời, nhiều giả thuyết đã được đưa ra từ hàng trăm năm trước. Ví dụ, nó được hiểu là sự kết hợp giữa “ánh sáng và bóng tối” theo tỷ lệ nhất định; người ta cho rằng các hạt không khí có màu xanh lam hoặc chúng phát sáng dưới tác động của ánh sáng mặt trời. Nhà thơ vĩ đại Goethe, người tỏ ra quan tâm đến lý thuyết nguồn gốc của màu sắc, đã chỉ trích Newton vì đã không đưa ra đáp số cho câu hỏi này. … Tyndall, sau khi phát hiện ra sự hấp thụ tia hồng ngoại của carbon dioxide, đã tiến hành một thí nghiệm trong đó ông truyền những tia này qua một ống chứa đầy không khí thở ra. Sự hấp thụ quan sát được trong trường hợp này cũng trở thành bằng chứng quang học thuyết phục về sự thật nổi tiếng hiện nay là một người thở ra carbon dioxide. …với bàn tay nhẹ nhàng của Rayleigh, từ lâu người ta đã tin rằng sự tán xạ của tia mặt trời xảy ra trên các phân tử khí, và chỉ đến năm 1940, viện sĩ L.I. Mandelstam đã khắc phục được quan niệm sai lầm này, chứng tỏ rằng trên thực tế các vật tán xạ có mật độ không khí không đồng nhất. …ngay cả bồ hóng và màu đen bạch kim - những loại sơn đen nhất được biết đến - cũng không hấp thụ hoàn toàn toàn bộ bức xạ tới chúng, làm tán xạ khoảng 1-2% trong số đó. Lớp sơn trắng tốt nhất tán xạ 91% ánh sáng chiếu vào nó, trong khi tuyết mới rơi chỉ phân tán 80%. …trong các vụ phun trào núi lửa và cháy rừng lớn, bầu khí quyển bão hòa với các sol khí bao gồm các hạt có kích thước như vậy khiến ánh sáng từ phần sóng dài của quang phổ bị tán xạ mạnh hơn ánh sáng sóng ngắn. Khi quan sát qua bình xịt như vậy, Mặt trăng và Mặt trời trở thành màu xanh, điều này được ghi lại bởi nhà địa chất người Nga V.A. Obruchev sau vụ phun trào thảm khốc của núi lửa Krakatoa. …một trong những ưu điểm quan trọng nhất của truyền thông cáp quang là độ suy giảm tín hiệu không đáng kể đến mức khoảng cách giữa các bộ lặp có thể lên tới 100-200 km - lớn hơn nhiều lần so với đường dây thông thường. Những tiến bộ trong công nghệ sản xuất sợi đã giúp tiến gần đến giới hạn lý thuyết về tổn thất không phải do khuyết tật của chất liệu mà do sự tán xạ và hấp thụ ánh sáng Rayleigh của các nguyên tử tạo nên sợi. …một số giải Nobel vật lý vào đầu thế kỷ 20 đã được trao cho sự phát triển phương pháp phân tích cấu trúc tia X, chẳng hạn, nhờ đó, người ta có thể giải mã cấu trúc của các tinh thể phức tạp. Ngày nay, bằng cách nghiên cứu bức xạ tia X bị tán xạ và hấp thụ bởi các mẫu, người ta có thể thiết lập chi tiết thành phần hóa học của một chất hoặc quan sát những thay đổi động trong cấu trúc của protein. …những nỗ lực sử dụng mối liên hệ giữa các hiện tượng quang học và âm thanh đã được thực hiện vào thế kỷ 19 và dẫn đến thực tế là vào năm 1880, độc lập ở ba phòng thí nghiệm khác nhau - White, Tyndall và Roentgen - hiệu ứng quang âm đã được phát hiện, bao gồm việc chuyển đổi một luồng ánh sáng điều biến thành âm thanh. …nhờ các tia laser có thể điều chỉnh tần số, người ta có thể chuyển đổi các tín hiệu hồng ngoại yếu thành phạm vi nhìn thấy được. Điều này đã tìm thấy ứng dụng trong việc quan sát các vật thể thiên văn, vì độ nhạy của bộ tách sóng quang được sử dụng ở đó trong phạm vi quang học cao hơn vài bậc độ lớn so với trong phạm vi hồng ngoại. …bụi vũ trụ mịn không chỉ làm suy yếu ánh sáng của các ngôi sao chiếu tới chúng ta mà còn làm thay đổi màu sắc của chúng. Tia xanh bị hấp thụ mạnh nhất bởi bụi, dẫn đến ánh sáng đỏ khi truyền qua môi trường giữa các vì sao.

Đọc gì trong «Kvant» về sự truyền ánh sáng

(xuất bản những năm gần đây)

1. “Trời thì xanh, nắng thì đỏ” – 2003, số 1, tr. 37; 2. “Góc tới là…” – 2005, số 1, tr. 31; 3. “Kính vạn hoa «Kvant» – 2005, số 5, trang 32, 4. “Đi bộ cùng vật lý” - 2006, Phụ lục số 6, trang 117, 177, 5. “Sóng vô tuyến trên trái đất và trong không gian” - 2007, Phụ lục số 1, trang 61, 127; 6. “Laser - một thành tựu đáng chú ý của thế kỷ 20” - 2007, số 3, trang 8, 2007, số 4, trang 2, 7. “Những điều bất ngờ của kính xanh” – 2007, số 5, trang 10.

Tài liệu do A. Leonovich chuẩn bị