6-ma’ruza. Yorug’lik nurining tabiati

Yorug‘lik kattaliklari
Optikaviy o‘lchashlarda har xil nurlanish qabul qilgichlari ishlatiladi (ko‘z, fotoelementlar va fotokuchaytirgichlar). Ular har xil to‘lqin uzunlikdagi yorug‘likka o‘ziga xos sezgirlikka ega bo‘ladilar.
Yorug‘lik o‘lchashlari sub’ektiv bo‘lgani uchun, yorug‘lik birliklari faqat ko‘rinadigan yorug‘lik spektri sohasi uchun keltiriladi.
1. Yorug‘lik kuchining birligi XB tizimida – bir kandelaga tengdir. Kandela – yorug‘likning energetik kuchi 1/683 Vt/sr bo‘lgan 540×10¹² Gts chastotali elektromagnit nurlanish chiqarayotgan manbaning berilgan yo‘nalishdagi yorug‘lik kuchidir.
2. Yorug‘lik oqimi F qabul qilgich sezgirligiga to‘g‘ri keladigan optikaviy nurlanish quvvatidir, uning birligi 1 lyumen – 1 kd/sr ga teng.
3. Ravshanlik V_φ – j yo‘nalishdagi yorug‘lik kuchini I nurlatayotgan yuzaning nurlanish yo‘nalishiga perpendikulyar tekislikdagi proektsiyasiga nisbatiga teng kattalikka aytiladi:



uning birligi kd/m² dir.

4. Yoritilganlik E– yuzaga tushayotgan yorug‘lik oqimini (F) shu yuzaga nisbatiga teng kattalikka aytiladi.

uning birligi 1 lyuks – 1 lm/m² dir.

Yorug‘lik nurining tabiati

Yorug‘lik nuri tabiati to‘g‘risidagi birinchi tasavvurlar qadimgi greklar va misrliklarda paydo bo‘lgan. XVII asr oxiriga kelib yorug‘likning ikkita nazariyasi I.Nyuton tomonidan korpuskulyar nazariyava R.Guk va X.Gyuygens tomonidan to‘lqin nazariyasi shakllana boshladi.
Korpuskulyar nazariyaga asosan, yorug‘lik nuri sochuvchi jismlardan chiquvchi zarrachalar (korpuskulalar) oqimidan iboratdir. Nyuton yorug‘lik zarrachalari harakati mexanika qonunlariga bo‘ysunadi, degan fikrda edi. Misol uchun, yorug‘likning aks qaytishi elastik sharchaning
tekislikdan urilib qaytishiga o‘xshatgan edi.
Yorug‘likning sinishi yorug‘lik zarrachalarining bir muhitdan ikkinchisiga o‘tishida, tezligini o‘zgarishi hisobiga sodir bo‘ladi, deb tushuntiriladi. Korpuskulyar nazariya bo‘yicha, vakuum – muhit chegarasida yorug‘likning sinishi quyidagi qonunga bo‘ysunadi:
, (1)
bu yerda s – yorug‘likning vakuumdagi tezligi, u yorug‘likning muhitdagi tarqalish tezligini bildiradi. Korpuskulyar nazariyaga asosan, n> 1 bo‘lgan holda, yorug‘likning muhitdagi tarqalish tezligi vakuumdagi tarqalish tezligi s dan katta bo‘lishi kerak. Nyuton interferentsiya manzarasining hosil bo‘lishini yorug‘lik chiqishi va tarqalishi bilan bog‘liq jarayonlarda qandaydir davriylik bor degan taxminlarga asosan tushuntirishga harakat qildi.
Shunday qilib, Nyutonning korpuskulyar nazariyasi to‘lqin elementlariga o‘xshash tasavvurlarni o‘z ichiga ola boshladi.
Korpuskulyar nazariyadan farqli ravishda, yorug‘likning to‘lqin nazariyasi yorug‘likning mexanik to‘lqinlarga o‘xshash, to‘lqin jarayonidan iborat, deb hisoblaydi.
To‘lqin nazariyasi asosida Gyuygens printsipi yotadi. Gyuygens printsipiga asosan, to‘lqin yetib borgan har bir nuqta ikkilamchi to‘lqinlar manbaiga aylanadi, manbani o‘rab oluvchi egri chiziq keyingi ondagi to‘lqin fronti holatini belgilaydi. Gyuygens printsipiga asoslanib yorug‘likning qaytish va sinish qonunlarini osonlikcha isbotlash mumkin.
10 – rasmda, ikkita tiniq muhit chegarasida singan to‘lqinlar tarqalish yo‘nalishlarini aniqlovchi Gyuygens chizmalari tasvirlangan. To‘lqin nazariyasi vakuum – muhit chegarasida yorug‘likning sinishini quyidagi ifoda bilan ta’riflaydi:
, (2)
To‘lqin nazariyasi asosida olingan sinish qonuni Nyutonning sinish qonuniga qarama – qarshidir. To‘lqin nazariyasi yorug‘likning muhitdagi tarqalish tezligi vakuumdagi tezligidan kichik ekanligini isbotlaydi: _.



10 – rasm. Ikkita tiniq muhit chegarasida ikkilamchi to‘lqinlar manbalarining hosil bo‘lishi.

Shunday qilib, XVIII asr boshlarida yorug‘lik tabiatini tushuntirishda bir-biriga zid bo‘lgan ikkita yondoshish mavjud bo‘la boshladi: Nyutonning korpuskulyar va Gyuygensning to‘lqin nazariyalari. Bu ikkala nazariyalar yorug‘lik nurining to‘g‘ri chiziqli tarqalishini, sinish va qaytish qonunlarini tushuntirib bera oldi.

XVIII asrni - bu ikkita nazariyalar o‘rtasidagi kurash asri deb atasa bo‘ladi. XIX asr boshlarida bu holat tubdan o‘zgardi.
To‘lqin nazariyasi – korpuskulyar nazariyadan ustun bo‘la boshladi. Bunga ingliz fizigi T. Yung va frantsuz fizigi O. Frenel tomonidan interferentsiya va difraktsiya hodisalarini ilmiy izlashda olingan natijalar sabab bo‘ldi.
1851 yilda J. Fuko muhim ahamiyatga ega bo‘lgan to‘lqin nazariyasining tajribaviy tasdiqini oldi, suvda yorug‘likning tarqalish tezligini o‘lchab, ekanligini isbotladi.
1865 yilda Maksvell yorug‘likning elektromagnit nazariyasini yaratdi: unda yorug‘lik har xil muhitlarda

tezlik bilan tarqaluvchi, juda qisqa elektromagnit to‘lqinlardan iborat deb hisobladi, yorug‘likning vakuumdagi tarqalish tezligi

ga teng ekanligini isbotladi.
Maksvell nazariyasi yorug‘likning nurlanish va yutilish jarayonini, fotoelektrik effektni va Kompton sochilishini tushuntira olmadi. Xuddi shunga o‘xshash, Lorents nazariyasi ham, yorug‘likni moddalar bilan o‘zaro ta’sirini, xususan, qora jismning issiqlik nurlanishidagi to‘lqin uzunligiga bog‘liq energiya taqsimotini tushuntira olmadi.
M. Plank tomonidan taklif etilgan gipotezaga asosan, yorug‘likning nurlanishi va yutilishi uzluksiz bo‘lmay, diskret xususiyatga egadir, ya’ni aniq portsiyadan (kvantlardan) iboratdir. Bu kvant energiyasi quyidagicha ifodalanadi:
, (3)
bu yerda h – Plank doimiysi. Plank gipotezasi qora jismning issiqlik nurlanishini ham oson tushuntira oldi.
1905 yilda A.Eynshteyn yorug‘likning kvant nazariyasini kashf etdi. Bu nazariyaga asosan, yorug‘lik nurlanishi va tarqalishi fotonlar – yorug‘lik kvantlari oqimiko‘rinishida sodir bo‘lib, ularning energiyasi quyidagi nisbat bilan aniqlanadi:
, (4)
yorug‘likning tarqalish qonunlari, yorug‘likning moddalar bilan o‘zaro ta’siri to‘g‘risidagi nazariyalar yorug‘lik murakkab xususiyatga ega ekanligini ko‘rsatadi. (3) – va (4) – ifodalardan ko‘rinib turibdiki, yorug‘lik harakatidagi korpuskulyar va elektromagnit to‘lqin xarakterlari umumiylikka ega ekanligini ko‘rsatib turibdi. Demak, yorug‘lik tabiati korpuskulyar - to‘lqin dualizmi tasavvuridan iboratdir.