Ilmiy rahbar: Topshirdi: Rajabov Akmal Urganch 2022 y Mavzu

2.1 Yorug’lik nuri va uning tabiati


Optikaning boshlang‘ich tasavvurlari juda qadimdan boshlangan. Qadimgi mutafakkirlar yorug‘lik xodisalarining mohiyatini ko‘rish sezgilariga asoslanib tushunishga asoslangan. Dastlab grek filosofi va matematigi Pifogor (er.avv. 582-500 yy) va uning shogirdlarining fikricha ko‘zdan “qaynoq bug‘lar” chiqadi va biz ko‘ramiz. Grek Demokrit (er.av. 460-370 yy.) yorug‘likni “olovli modda” deb atab, ko‘rish buyumdan chiqayotgan mayda zarrachalarning ko‘z sirtiga kelib tushishidan kelib chiqadi degan fikrni olg‘a surdi. Keyinchalik Evklid (er.av. 300 yy.) ning “ko‘rish nurlari” nazariyasiga ko‘ra ko‘zdan ko‘rish nurlari chiqib jismga tegadi va biz uni ko‘ramiz deb fikrladi. Shunday qilib, Evklid yorug‘likning to‘g‘ri chiziq bo‘ylab tarqalish qonuniga asos soldi.
Keyinchalik Ptolomey (er.av. 270-147yy) bu nazariyani davom ettirib, sinish va qaytish konunlarini aniqladi.
Eramizning boshlanishidan to XIV asrga qadar din ta’siri juda kuchli bo‘lganligi sababli optika sohasidagi bilimlar uzok vaqt rivojlanmay qoldi.
Feodalizmning emirilishi optika va boshka fanlarning rivojlanishiga turtki bo‘ldi. Ko‘zoynaklar, mikroskoplar yasaldi. Galiley (1554-1642 y., italyan) ko‘rish trubasini yasadi va astronomik kuzatishlarga qo‘lladi.
XVII asrning oxirida yorug‘likning tabiati haqida ikkita o‘zaro qarama-qarshi nazariya maydonga keldi: bulardan birinchisi, Nyuton yaratgan korpuskulyar nazariya va ikkinchisi, Gyuygensning to‘lqin nazariyasidir. YOrug‘likning korpuskulyar nazariyasiga binoan, yorug‘lik juda katta tezlik bilan tarqaluvchi juda kichik moddiy zarrachalar (korpuskulalar) oqimidan iboratdir. YOrug‘likning rang ta’siri korpuskulalarning o‘lchami bilan tushuntirilgan: eng yirik korpuskulalar qizil rangli nurni, eng maydalari esa binafsha rangli nurni hosil qiladi.
Yorug‘likning to‘lqin nazariyasiga muvofiq yorug‘lik elastik muhitdan iborat bo‘lgan fazoda katta tezlik bilan tarqaluvchi to‘lqindan iborat. Bu nazariyaga muvofiq yorug‘likning qaytish va sinish qonunlari barcha to‘lqinlar uchun o‘rinli bo‘lgan qonunlar asosida tushuntiriladi. YOrug‘likning rangi uning to‘lqin uzunligiga bog‘liq. Qizil rangli nurning to‘lqin uzunligi (_q=7610^-7 m) eng katta bo‘lib, binafsha nurniki esa (_b=3810^-7 m) eng kichik. Har ikkala nazariyaga ham ba’zi yorug‘lik hodisalariga oid qonuniyatlarni masalan, yorug‘likning qaytish va sinish qonunlarini qoniqarli tushuntirib berdi. Biroq, yorug‘likning interferensiyasi, difraksiyasi va qutblanishi singari hodisalarni bu nazariyalar tushuntira olmadi.
XVIII asrning oxirigacha ko‘pchilik fiziklar Nyutonning korpuskulyar nazariyasini afzal ko‘rib keldilar. XIX asrning boshlarida ingliz fizigi YUng va Frenelning tadqiqotlari tufayli to‘lqin nazariya ancha rivojlandi. Gyuygens-YUng-Frenel to‘lqin nazariyasi o‘sha vaqtda ma’lum bo‘lgan barcha yorug‘lik hodisalari, shu jumladan, yorug‘likning interferensiyasi, difraksiyasi va qutblanishini ham muvaffaqiyatli tushuntirib berdi. 1873 yilda ingliz olimi Maksvell yorug‘lik bo‘shliqda =310⁸ m/s tezlik bilan tarqaluvchi elektromagnit to‘lqindan iborat ekanligini nazariy asoslab berdi. SHunday qilib, yorug‘likning elektromagnit to‘lqin nazariyasi yaratildi. Bu nazariya G.Gers tajribalarida tasdiqlandi. YOrug‘likning tabiati haqidagi to‘lqin nazariya rivojlanib, yorug‘likning elektromagnit nazariyasiga aylandi.
Biroq XIX asrning oxiriga kelib, to‘lqin nazariya bilan tushuntirib bo‘lmaydigan tadqiqotlar – fotoeffekt, Kompton effekti, absolyut qora jismlarning issiqlik nurlanishi va boshqa hodisalar paydo bo‘ldi. Ularni 1905 yilda Eynshteyn tomonidan yaratilgan yorug‘likning kvant nazariyasi tushutirib berdi. Shunday qilib, yorug‘likning tabiati haqida yangi nazariya – kvant nazariyasi maydonga keldi. Kvant nazariyasi ma’lum ma’noda Nyuton korpuskulyar nazariyasini qayta tikladi. Biroq, fotonlar korpuskulalardan farq qiladi: barcha fotonlar yorug‘lik tezligiga teng tezlik bilan harakatlanadi va foton tinch holatda massaga ega emas. Keyinchalik kvant nazariyasi ham Bor, Shryodinger, Dirak va boshqa olimlar tomonidan yanada rivojlantirildi.
Shunday qilib, (elektromagnit) to‘lqin va korpuskulyar (kvant) nazariya bir-birini rad etmaydi, balki bir-birini to‘ldiradi, bu bilan yorug‘lik hodisalarining ikki yoqlama xarakterini aks ettiradi. Yorug‘lik o‘zi yoritayotgan jismlarga bosim berishi kerak degan g‘oyani Kepler aytgan bo‘lib, u kometalar quyruqlari shakliga o‘sha bosim sabab bo‘ladi, deb bilgan. Yorug‘lik bosimi haqidagi g‘oya Nyutonning zarralar oqib chiqish (ya’ni korpuskulyar) nazariyasidan ham kelib chiqadi; bu nazariyaga muvofiq, yorug‘lik zarralari o‘zlarini qaytarayotgan yoki yutayotgan jismlarga urilganda impulslarining bir qismini ularga berishi, ya’ni bosim hosil qilishi kerak.
Bu masalaning nazariyasi va tajribasi juda uzun tarixga ega. Tajriba xususida juda sodda urinishlar bilan birga ancha jiddiy tajribalar ham o‘tkazilib, bu tajribalarning ba’zilari, masalan, Kruks tajribalari siyraklashtirilgan gazlarning kinetikasi bilan bog‘liq bo‘lgan maxsus radiometrik) hodisalarning kashf etilishiga olib keldi. Franklin o‘zidan oldin yorug‘lik bosimini aniqlashga bag‘ishlangan barcha urinishlarning muvaf- faqiyatsizlikka uchraganligini korpuskulyar nazariyaga qarshi qo‘yiladigan dalillardan biri sifatida ko‘rsatgan. Keyinchalik Yung ham shu dalildan foydalangan, biroq na Franklin va na Yung bu bosimning eng kam qiymati haqida hech narsa deya olmadilar, chunki yorug‘lik zarralariniig massasi haqida hech narsa deyish mumkin emas edi, demak, o‘sha vaqtda tajribada qo‘llanilgan burama tarozining sezgirligi etarli yoki etarli emasligi haqida ham hech narsa deyish mumkin emas edi.

• 
  Maksvell yorug‘likning elektromagnitik nazariyasi asosida yorug‘lik bosimining bo‘lishi zarurligini keltirib chiqarganidan va hatto bu bosimning kattaligini hisoblab bergandan so‘ng Franklinning yorug‘likning to‘lqin nazariyasi elastiklik nazariyasi sifatida rivojlanayotgani uchun muhim ahamiyatga ega bo‘lgan e’tirozlari korpuskulyar tasavvurlarga qarshi qo‘yiladigan dalil sifatida o‘z kuchini yo‘qotdi.
  

Yorug‘lik ko‘ndalang elektromagnitik to‘lqin bo‘lgani uchun o‘tkazgich (ko‘zgu yoki yutuvchi jism) sirtiga tushganda bunday ta’sirlar ko‘rsatishi kerak: yoritilgan sirt tekisligida yotgan elektr vektori o‘sha vektor yo‘nalishi bo‘yicha tok hosil qiladi; yorug‘lik to‘lqinining magnit maydoni paydo bo‘lgan bu tokka Amper qonuniga asosan shunday kuch bilan ta’sir qiladiki, bu kuchning yo‘nalishi yorug‘likning tarqalish yo‘nalishi bilan bir xil bo‘ladi. Shunday qilib, yorug‘lik bilan qaytaruvchi yoki yutuvchi jism o‘rtasidagi ponderomotor o‘zaro ta’sir jismga bo‘layotgan bosimni vujudga keltiradi. Bosim kuchi yorug‘likning intensivligiga bog‘liq bo‘ladi. Yrug‘lik nurlari parallel dasta tashkil qilgan holda Maksvellning hisobi bo‘yicha p bosim yorug‘lik energiyasining u zichligiga, ya’ni hajm birligidagi energiyaga teng bo‘ladi.
Bunda yorug’lik tushayotgan jism absolyut qora, ya’ni o‘ziga tushayotgan yorug’lik energiyasini to‘lik yutadigan jism deb faraz qilinadi. Agar yashinning qaytarish koeffitsienti nolga teng bo‘lmay, biror k qimatga teng bo‘lsa, u xolda bosim p= u(1 +R) buladi, ideal kuzgu uchun xususiy holda (R = 1) bosim p=2u bo‘ladi. Agar 1sm² yuz 1 s ichida normal tushayotgan energiyani (eritilganlik) bilan belgilasak, u holda nur energiyasining zichligi E /c ga teng boladi, bu yerda c - yorug‘likning tezligi. SHundai qilib, erug‘likning bosimini quyidagicha ifodalash mumkin:
(1)
Maksvell yorug‘ kunda quyosh nurlari 1 m² qora sirtga 0,4 mG ku bilan bosim beradi deb topdi. Agar yorug‘lik devorga bo‘shliq ichidagi barcha yo‘nalishsh bo‘yicha tushayotgan bo‘lsa, nurlanishning zichligi u ga teng bo’lganda qora sirtga p=1/3u bosim beriladi. ichidagi barcha yo‘nalishsh bo‘yicha tushayotgan bo‘lsa, nurlanishning zichligi u ga teng bo’lganda qora sirtga p=1/3u bosim beriladi.
Yorug‘lik bosmini birinchi bo‘lib P. N. Lebedev Moskvada o’z
davridagi eksperimental san’atning namunasi bo‘lgan tajribalarida aniqladi va o‘lchadi.
Lebetev tajribasidagi asbob ingichka ipga bog‘langan yengil osmadan iberat bo‘lib, bu osmaning chekkalariga yupqa engil qanotchalar ulangan; bu qanotchalarning biri qoraytirilgan, ikkinchisi esa yaltiroq holda qoldirilgan. Havosi so‘rib olingan G idish ichiga joylashtirilgan R osma (1- rasm) juda sezgir burama tarozi tashkil qiladi.
B yoy lampaning yorug‘ligi linzalar va ko‘zgular sistemasi yordamida qanotchalarning biriga to‘plab yuberiladi va R osmaning buralishiga sabab bo‘ladi. Osmaning buralishi ipga biriktirilgan ko‘zgucha va truba yordamida kuzatiladi (bular rasmda ko’rsatilganday) S₁S₂ qo’sh ko’zguni siljitib B yoyning yorug’ligini qanotchaning betiga yoki orqasiga yuborish va shu bilan osmaning buralish yo‘nalishini o‘zgartirish mumkin. P₁ plastinka yorug‘lik dastasining ma’lum qismini T termoelementga yuboradi, termoelement esa tushayotgan energiya kattgligini o‘lchashga imkon beradi. Tajribalar turli shakldagi osmalar yordamida o‘tkazilgan edi (2- rasm).
Lebedevning tajribasida asosiy qiyinchiliklar gazning konveksion oqimlari borligi va radiometrik ta’sirning mavjudligida edi. Bu xalaqitlar yorug‘lik bosimidan bir necha yuz ming marta katta bo‘lishi mumkin.
Konveksion oqimlar qanotchalar bir oz og‘ib turganda osmani buradi.'Bu ta’sir tushayotgan yoruglik oqimining yo‘nalishiga bog’liq bo‘lmagani uchun Lebedev konveksion oqimlarning ta’sirini o‘rganish va bartaraf qilishda yoritish yo‘nalishini o‘zgartirishdan (qo‘zgaluvchan S₁S₂ ko‘zgu yordamida) foydalangan.
Radiometrik ta’sirlar siyraklashgan gazda qanotchaning yoritilgan va yoritilmagan tomoni temperaturalari farqi natijasida paydo bo‘ladi. Ballonda qolgan gazning molekulalari qanotchaning issiqroq tomonidan kattaroq tezlik bilan qaytadi, tepki tijasida qanotchalar yorug‘lik oqimi ta’sirida burilgan tomonga burilishga intiladi.
Agar temperturalar farqini kamaytirish uchun juda yupqa metall qanotchalarni qo‘llab, ballondagi gazning bosimi kamaytirilsa, radiometrik ta’sir kamayadi. Agar yorug’lik yaltiroq qanotchaga tushadigan bo‘lsa, yorug‘likning bosimi yorug’lik qoraytirilgan qanotchaga tushgandagiga qaraganda taxminan ikki marta ko’p bo‘lishi kerak. Aksincha, qoraytirilgan qanotcha yoritilganda radiometrik ta’sir ko‘proq bo‘ladi, chunki qoraytirilgan qanotcha kuchliroq qiziydi. Lebedevning tajribasida yo’rug‘likning yaltiroq qanotchaga qoraytirilgan qanotchaga qaraganda taxminan ikki baravar ko‘p ta’sir qilishi haqiqatan ham kuzatilgan bo‘lib, radiometrik ta’sirning to‘liq bartaraf qilingan.
Lebedev o‘lchashlari yorug‘lik bosimining Maksvell hisoblab opgan qiymatiga (20% aniqlik bilan) to‘g‘ri keladigan natijalar berdi- Ko‘p yillardan so‘ng Gerlax (1923 y.)vakuum olishning mukammalroq usullaridan foydalanib Lebedevning tajribalarini takrorladi. Natijalar tajriba o‘tkazish engillashibgina qolmay, balki natijalar nazariyaga yaxshiroq (2% gacha) to‘g‘ri keladigan
Lebedev yorug‘likning gazlarga ko‘rsatadigan bosimini topish va o‘lchash kabi yana boshqa, juda ham qiyin masalani hal qildi.