Τι είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα;
Ο όρος ηλεκτρομαγνητικό κύμα περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (EMR) κινείται μέσα από το διάστημα.Διαφορετικές μορφές EMR διακρίνονται από τα μήκη κύματος τους, τα οποία ποικίλλουν από πολλά ναυπηγεία (μέτρα) σε απόσταση μικρότερη από τη διάμετρο ενός ατομικού πυρήνα.Το πλήρες εύρος, με τη μείωση της τάξης του μήκους κύματος, πηγαίνει από ραδιοκύματα μέσω μικροκυμάτων, ορατό φως, υπεριώδη και ακτίνες Χ σε ακτίνες γάμμα και είναι γνωστή ως ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα έχουν πολλές εφαρμογές, τόσο στην επιστήμη όσο και στην καθημερινή ζωή.Για παράδειγμα, εάν ένα φως λάμπει σε μια οθόνη μέσα από ένα φράγμα με δύο στενές σχισμές, φαίνεται ένα μοτίβο φωτός και σκοτεινών λωρίδων.Αυτό ονομάζεται μοτίβο παρεμβολής: όπου οι κορυφές των κυμάτων από μια σχισμή συναντούν εκείνες από το άλλο, ενισχύουν το ένα το άλλο, σχηματίζοντας μια φωτεινή λωρίδα, αλλά όπου μια κορυφή συναντά ένα κατώφλι, ακυρώνουν, αφήνοντας μια σκοτεινή λωρίδα.Το φως μπορεί επίσης να λυγίσει γύρω από ένα εμπόδιο, όπως οι ωκεανοί που διακόπτουν γύρω από έναν τοίχο λιμάνι: αυτό είναι γνωστό ως περίθλαση.Αυτά τα φαινόμενα παρέχουν ενδείξεις για την κύμα που μοιάζει με το φως του φωτός.Αυτό δόθηκε το όνομα "αιθέρα", μερικές φορές γράφτηκε "aether", και θεωρήθηκε ότι ήταν ένα αόρατο υλικό που γεμίζει χώρο, αλλά μέσω του οποίου τα στερεά αντικείμενα θα μπορούσαν να περάσουν ανεμπόδιστα.Τα πειράματα που σχεδιάστηκαν για να ανιχνεύσουν τον αιθέρα με την επίδρασή του στην ταχύτητα του φωτός προς διαφορετικές κατευθύνσεις, όλα απέτυχαν να βρουν στοιχεία γι 'αυτό και η ιδέα τελικά απορρίφθηκε.Ήταν προφανές ότι το φως και άλλες μορφές EMR δεν απαιτούσε κανένα μέσο και θα μπορούσε να ταξιδέψει μέσα από κενό χώρο.
Μήκος κύματος και συχνότητα
Όπως ακριβώς ένα κύμα των ωκεανών, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα έχει κορυφές και κοιλότητες.Το μήκος κύματος είναι η απόσταση μεταξύ δύο πανομοιότυπων σημείων του κύματος από κύκλο σε κύκλο, για παράδειγμα, η απόσταση μεταξύ μιας κορυφής ή της κορυφής και της επόμενης.Το EMR μπορεί επίσης να οριστεί από την άποψη της συχνότητας του, η οποία είναι ο αριθμός των κορυφών που περνούν σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα.Όλες οι μορφές EMR ταξιδεύουν με την ίδια ταχύτητα: την ταχύτητα του φωτός.Επομένως, η συχνότητα εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το μήκος κύματος: όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα.
Energy
μικρότερο μήκος κύματος ή υψηλότερη συχνότητα, το EMR φέρει περισσότερη ενέργεια από τα μεγαλύτερα μήκη κύματος ή τις χαμηλότερες συχνότητες.Η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο επηρεάζει την ύλη.Τα ραδιοκύματα χαμηλής συχνότητας διαταράσσουν τα άτομα και τα μόρια, ενώ τα μικροκύματα τους αναγκάζουν να κινούνται πιο έντονα: το υλικό θερμαίνεται.Οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα συσκευάζουν πολύ περισσότερο μια γροθιά: Μπορούν να σπάσουν τους χημικούς δεσμούς και τα ηλεκτρόνια από τα άτομα, σχηματίζοντας ιόντα.Για το λόγο αυτό, περιγράφονται ως ιονίζουσα ακτινοβολία.
Η προέλευση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων
Η σχέση μεταξύ φωτός και ηλεκτρομαγνητισμού καθιερώθηκε από το έργο του φυσικού James Clerk Maxwell τον 19ο αιώνα.Αυτό οδήγησε στη μελέτη της ηλεκτροδυναμικής, στην οποία τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όπως το φως, θεωρούνται ως διαταραχές ή "κυματισμοί", σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, που δημιουργείται από την κίνηση ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων.Σε αντίθεση με τον ανύπαρκτο αιθέρα, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι απλώς η σφαίρα επιρροής ενός φορτισμένου σωματιδίου και όχι ένα απτό υλικό πράγμα.Τα σωματίδια που αποτελούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ονομάζονται
φωτόνια.Αν και φαίνεται αντιφατικό, το EMR μπορεί να συμπεριφέρεται ως κύματα ή ως σωματίδια, ανάλογα με τον τύπο του πειράματος που πραγματοποιείται.Αυτό είναι γνωστό ως η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων.Ισχύει επίσης για υποατομικά σωματίδια, ολόκληρα άτομα και ακόμη και αρκετά μεγάλα μόρια, όλα τα οποία μερικές φορές μπορούν να συμπεριφέρονται ως κύματα.
Η δυαδικότητα των κυμάτων-σωματιδίων εμφανίστηκε καθώς αναπτύχθηκε κβαντική θεωρία.Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, το "κύμα" αντιπροσωπεύει την πιθανότητα εύρεσης σωματιδίου, όπως ένα φωτόνιο, σε μια δεδομένη θέση.Η φύση των σωματιδίων που μοιάζει με κύματα και η φύση των κυμάτων που μοιάζουν με σωματίδια έχουν προκαλέσει μεγάλη επιστημονική συζήτηση και κάποιες ιδέες για το μυαλό, αλλά καμία συνολική συναίνεση για το τι σημαίνει πραγματικά.παράγεται όταν τα υποατομικά σωματίδια απελευθερώνουν ενέργεια.Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο μπορεί να απορροφήσει ενέργεια, αλλά τελικά πρέπει να πέσει σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας και να απελευθερώσει την ενέργεια ως EMR.Ανάλογα με τον τρόπο που παρατηρείται, αυτή η ακτινοβολία μπορεί να εμφανιστεί ως σωματίδιο ή ηλεκτρομαγνητικό κύμα.