დისპერსია: ატომური თეორია

 სინათლე გარემოში ნაკლები სიჩქარით ვრცელდება, ვიდრე ვაკუუმში. ეს თვისება ჩვეულებრივ ე.წ. გარემოს გარდატეხის მაჩვენებელში მჟღავნდება, რომელიც შემდეგი თანაფარდობით განისაზღვრება:

n = c/v – სადაც c არის სინალის სიჩქარე ვაკუუმში, ხოლო v – გარემოში.

 სინათლის დამუხრუჭება გარემოში, ატომთა გარსებში მდებარე ელექტრონებთან მუდმივი ურთიერთქმედების შედეგია. თუ სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში, იდეალურად სწორ და თავისუფალ გზას შევადარებთ, სადაც მანქანას მთელი გზა მაქსიმალური სიჩქარით შეუძლია გაიაროს, მაშინ გარემოში მოძრავი სინათლე დიდ ქალაქში მოძრავი მანქანის მსგავსი იქნება – ”სინათლე-მანქანა” განუწყვეტლივ ამუხრუჭებს ყოველ ”გზაჯვარედინ-ატომთან”. ამის გამო სინათლის სიჩქარე გარემოში უფრო ნაკლებია, ვიდრე ვაკუუმში (დრო იკარგება “გადასხივების” გამო. მატერიიდან გამოსული ფოტონი ის არ არის, რომელიც მასში შევიდა, ეს არის გამოსასვლელ ზედაპირთან არსებული ატომის ელექტორნის მიერ მოშორებული ჭარბი ენერგია, ზუსტად იგივე სიხშირის ფოტონის სახით).

 იმის შესახებ, რომ განსხვავებულ ნივთიერებებს არა მერტო განსხვავებული გარდატეხის კოეფიციენტი აქვს, არამედ ერთიდა იგივე მასალაში განსხვავებული ფერის სინათლის სხივები განსხვავებულად რომ გარდატყდება, დიდი ხანია ცნობილია. ამ მოვლენამ სინათლის დისპერსიის სახელი მიიღო. გამჭვირვალე არეში სინათლის მოხვედრის მერე, მისი გარდატეხა, ამ არეს გარდატეხის კოეფიციენტზეა დამოკიდებული, შესაბამისად დისპერსია თავს იჩენს იმით, რომ განსხვავებული ფერების სხივები, აქვთ რა განსხვავბეული გარდატეხის კოეფიციენტი გარემოში, განსხვავებული კუთხეებით გარდატყდება. ნივთიერებათა უმრავლესობაში, კერძოდ კი შუშაში, ნორმალური დისპერსია დაიმზირება – გარდატეხის მაჩვენებელი ტალღის სიგრძის უკუპროპორციულია: რაც უფრო მოკლეა ტალღა, მით მეტია გარდატეხის კოეფიციენტი (თუმცა არსებობს ანომალური დისპერსიაც). 

 სწორედ ეს პრინციპი დაიმზირება სინათლის გავლის დროს პრიზმაში. ”ჩვეულებრივი” თეთრი სინათლის (რომელიც სინამდვილეში ყველა ფერის ნაზავია), მაგალითად, პრიზმაზე მოხვედრილი მზის სხივები მაშინვე დაშლას იწყებს, ჰაერისა და პრიზმის გამყოფ საზღვართანვე, რადგან იისფერი სხივები ყველაზე მეტად გარდატყდება, ხოლო წითელი – ყველაზე ნაკლებად. შედეგად, პრიზმიდან გამოსვლის მერე, ჰაერთან შეხების საზღვარზე, თეთრი სხივი შემადგენელი ფერის სხივებად დაშლილი იქნება. ამის გამო, ეკრანზე ან კედელზე ნაცნობ ცისარტყელას სპექტრს ვხედავთ.

 ცისარტყელაც, წვიმის წვთებში სინათლის დისპერსიის შედეგად ჩნდება. წვეთის შიგნით მოხვედრისას, მზის სხივი გარდატყდება, წვეთის შიგნით მისი დისპერსია ხდება, შემდეგ კი სპექტრად დაშლილი სინათლე წვეთის უკანა ნახევარსფეროდან აირეკლება, უკანა გზაზე კი მისი შემდგომი დისპერსია ხდება, ბოლოს კი სინათლე ისევ უკან, წვეთის წინა ზედაპირიდან გამოდის, მზის სინათლის დაშლილ ცისარტყელას ფერებად. დისპერსიის გამო ყოველი ფერი არეკლილ სხივებში მისთვის მკაცრად შესაბამისი კუთხით იკრიბება, რის გამოც ცისარტყელა რკალს ქმნის.

 დიპსერსიის ფიზიკური მიზეზების ახსნა მხოლოდ თანამედროვე, მატერიის ატომური აღნაგობისა და სინათლესთან ურთიერთქმდების თეორიის ჩარჩოებში მოხერხდა. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ყველა დიაპაზონის სხივების მსგავსად, სინათლის სხივები განივ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს წარმოადგენს. ასეთი ტალღის ელექტრული ველი ატომთა ელქტრონებზე ზემოქმდებს, აღაგზნებს მათ. აღგზნებისას ელექტრონი განსაზღვრული სიხშირის ფოტონს შთანთქავს, რათა მაშინვე გამოასხივოს ზუსტად იგივე ფოტონი და ნორმალურ მდგომარეობას დაუბრუნდეს, უფრო დაბალ, დაუკავებელ დონეზე გადასვლით (ბორის ატომი). ამგვარად, სინათლე გარემოში ფოტონების მუდმივი შთანთქმა გამოსხივებებით ვრცელდება. სწორედ ამით არის განპირობებული სინათლის დამუხრუჭება გარემოში. ელექტრონები, ატომებში თავიანთი ბირთვების ”ტყვეები” არიან. სუბატომური სამყაროს ზოგიერთი მოვლენის გასაგებად, ელექტრონები, ბირთვებზე ზამბარებით მიმაგრებულ ობიქტებად უნდა წარმოვიდგინოთ. ელექტრონის რეაქცია სინათლის ტალღის ელექტრული ველის ზემოქმედებაზე იმაზეა დამოკიდებული, თუ როგორ ემთხვევა ამ ველის სიხშირე წარმოსახვითი ზამბარის საკუთარ რხევებს. გამოთვლები გვიჩვენებს, რომ რაც უფრო მოკლეა სინათლის ტალღის სიგრძე, მით მეტია მისი მოხვედრა რეზონანსში ელექტრონის აღგზნების საკუთარ სიხშირესთან, შესაბამისად, მით უფრო ხშირად შთაინთქმება და გამოსხივდება ფოტონები, რაც თავის მხრივ, ამ სიხშირის სინათლის გავრცელებას ამუხრუჭებს. ატომების მიერ ასეთი მეორადი სინათლის ტალღების გამოსხივების ინტენსივობა პროპორციულია ტალღის სიგრძისა მეოთხე ხარისხამდე!

 ამ ეფექტის გამოვე ხდება სინათლის გაბნევა გარემოში. სინათლე, რომელიც ატომებთან ურთიერთქმედებაში არ შედის, ჩვენამდე პირდაპირ აღწევს. ამიტომ, როცა ჩვენ არა პირდაპირ სინათლის წყაროს, არამედ ამ წყაროს გაბნეულ სინათლეს ვხედავთ, მასში სპექტრის ცისფერი ნაწილის მოკლე ტალღების სიჭარბეს ვამჩნევთ.

 აი რატომ არის ცა ცისფერი, მზე კი მოყვითალო! როცა მზის საპირისპირო მიმართულების ცას ვუყურებთ, იქ გაბნეულ მზის სინათლეს ვხედავთ, სადაც სპექტრის ცისფერი ნაწილის მოკლე ტალღები ჭარბობს. თუ პირდაპირ მზეს ვუყურებთ, მისი გამოსხივების სპექტრს ვხედავთ, რომლიდანაც, ჰაერის ატომებზე გაბნევის ხარჯზე, ცისფრი სხივების ნაწილი ამოღებულია, მზის თავდაპირველი თეთრი სინთლე კი მოყვითალო-წითლისკენ წაინაცვლებს ატმოსფეროში გავლის დროს (ნუ ეცდებით ამის შემოწმებას, რადგან ზენიტში მდებარე მზის ხანმოკლე შეხედვაც კი საშიშია თვალისთვის) მზის სხივები – გავირუჯოთ სწორად)). დაისის დროს, როცა მზის სხივები ატმოსფეროს სქელ ფენებს გადის, მზე საერთოდაც წითელი გვეჩვენება, რადგან ამ შემთხვევაში მის სპექტრში არა მარტო ცისფერი სხივები, არამედ მწვანე და ყვითელი სხივებიც გაიბნევა და ქრება (სინათლის არეკვლის კანონი; დიფრაქცია; მოკლედ კვანტური მექანიკის შესახებ; სინათლის სიჩქარე).