집 / 욕창/ 그럼 하늘색은 왜 파랗지? 미친 아이디어

그렇다면 하늘은 왜 파란색일까요? 미친 아이디어

다른 기상 조건에서 하늘의 색은 희끄무레 한 파란색에서 강렬한 파란색으로 변합니다. 하늘의 색을 설명하는 이론은 Rayleigh에 의해 개발되었습니다.

이 이론에 따르면 하늘의 색은 공기 분자와 가장 작은 먼지 입자에서 반복적으로 반사되는 태양 광선이 대기에 흩어져 있다는 사실로 설명됩니다. 길이가 다른 광파는 분자에 따라 다르게 산란됩니다. 공기 분자는 주로 가시 태양 스펙트럼의 단파장 부분을 산란합니다. 파란색, 파란색 및 보라색 광선 및 스펙트럼의 보라색 부분의 강도가 파란색 및 파란색 부분에 비해 작기 때문에 하늘이 파란색 또는 파란색으로 나타납니다.

궁창의 상당한 밝기는 지구의 대기가 상당한 두께를 가지고 있고 빛이 엄청난 수의 분자에 의해 산란된다는 사실 때문입니다.

예를 들어 높은 고도에서 관찰할 때 우주선, 대기의 희박한 층이 빛을 산란시키는 더 적은 수의 분자와 함께 관찰자의 머리 위에 남아 있으며 결과적으로 궁창의 밝기가 감소합니다. 하늘은 더 어둡게 보이고 고도가 올라갈수록 색이 변합니다. 하늘은 더 어둡게 보이며 고도가 증가함에 따라 색이 진한 파란색에서 진한 자주색으로 바뀝니다. 분명히, 훨씬 더 높은 고도와 대기 외부에서 하늘은 관찰자에게 검게 보입니다.

공기에 비교적 큰 입자가 많이 포함되어 있으면 이러한 입자도 더 긴 광파를 산란시킵니다. 이 경우 하늘이 희끄무레 한 색을 얻습니다. 구름을 구성하는 큰 물방울이나 물 결정은 모든 스펙트럼 색상을 거의 균등하게 분산하므로 흐린 하늘은 옅은 회색입니다.

이것은 기상 조건과 Novokuznetsk시 하늘의 해당 색상이 기록 된 관찰에 의해 확인됩니다.

11월 28-29일에 하늘 색깔의 특징적인 음영은 온도가 감소하고 바람이 없으면 공기에 집중되는 산업 배출물의 존재로 인한 것입니다.

하늘의 색도 자연과 색의 영향을 받는다 지구의 표면, 뿐만 아니라 대기의 밀도.

높이에 따른 대기 밀도 감소의 지수 법칙.

기압 공식은 높이에 따른 대기 밀도의 감소를 설명합니다. 일반적으로; 바람, 대류, 온도 변화를 고려하지 않습니다. 또한 높이에 대한 가속도 g의 의존성을 무시할 수 있을 만큼 높이는 너무 높아서는 안 됩니다.

기압 공식은 오스트리아 물리학자 Ludwig Boltzmann의 이름과 관련이 있습니다. 그러나 높이에 따른 공기 밀도 감소의 기하급수적 특성에 대한 첫 번째 표시는 실제로 대기에서 빛의 굴절에 대한 뉴턴의 연구에 포함되었으며 업데이트된 굴절 테이블을 컴파일하는 데 사용되었습니다.

주어진 그래프는 천체 굴절을 연구하는 과정에서 높이에 따른 대기의 굴절률 변화의 일반적인 특성에 대한 아이디어가 어떻게 정제되었는지 보여줍니다.

케플러의 이론에 해당
최초의 뉴턴 굴절 이론
세련된 뉴턴과 현대 대기의 빛 굴절 이론

대기에서 빛의 굴절

대기는 광학적으로 불균일한 매질이므로 대기에서 광선의 궤적은 항상 어느 정도 곡선입니다. 빛이 대기를 통과할 때 휘어지는 현상을 대기에서 빛의 굴절이라고 합니다.

천체 굴절과 지상 굴절은 구별됩니다. 첫 번째 경우 천체에서 지상 관찰자에게 오는 광선의 곡률이 고려됩니다. 두 번째 경우, 지상 물체에서 관찰자에게 오는 광선의 곡률이 고려됩니다. 두 경우 모두 광선의 곡률로 인해 관찰자는 물체를 잘못된 방향으로 볼 수 있으며 이는 현실에 해당합니다. 물체가 왜곡되어 보일 수 있습니다. 실제로 수평선 아래에 있는 경우에도 물체를 관찰할 수 있습니다. 따라서 지구 대기에서 빛의 굴절은 독특한 착시를 유발할 수 있습니다.

대기가 동일한 두께의 광학적으로 균일한 수평 층 세트로 구성되어 있다고 가정합시다. 굴절률은 한 층에서 다른 층으로 점프하여 상층에서 하층으로 갈수록 점차 증가합니다. 이러한 순전히 추측적인 상황이 표시됩니다.

실제로 대기의 밀도와 그에 따른 굴절률은 높이에 따라 점프하는 것이 아니라 지속적으로 변합니다. 따라서 광선의 궤적은 파선이 아니라 곡선입니다.

그림에 표시된 광선이 어떤 천체에서 관찰자에게 전달된다고 가정합니다. 대기에서 빛의 굴절이 없다면 이 물체는 관찰자에게 각도 ά로 보일 것입니다. 굴절 때문에 관찰자는 물체를 각도 ά가 아니라 각도 φ로 봅니다. φ ά 때문에 물체가 실제보다 수평선 위에 있는 것처럼 보입니다. 즉, 물체의 관측 천정 거리는 실제 천정 거리보다 작습니다. 차이 Ώ = ά - φ를 굴절각이라고 합니다.

최신 데이터에 따르면 최대 굴절각은 35 "입니다.

관찰자가 일몰을보고 별의 아래쪽 가장자리가 수평선에 어떻게 닿았는지 실제로 볼 때 이 순간이 가장자리는 이미 수평선 아래 35"입니다. 태양 디스크의 위쪽 가장자리가 29"만 더 약한 굴절에 의해 들어 올려지는 것이 흥미롭습니다. 따라서 지는 태양은 수직으로 약간 평평하게 보입니다.

놀라운 일몰

빛의 굴절을 고려할 때 높이에 따른 공기 밀도의 체계적인 변화와 함께 많은 추가 요인을 고려해야 하며 그 중 상당수는 매우 무작위적입니다. 우리는 대류 및 바람의 공기 굴절률, 지구 표면의 다른 부분에 대한 대기의 다른 지점에서의 공기 온도에 대한 영향에 대해 이야기하고 있습니다.

대기 상태의 특징과 무엇보다도 지구 표면의 다양한 부분에 대한 하층의 대기 가열의 특징은 관찰되는 일몰의 특징으로 이어집니다.

블라인드 레인. 때때로 태양은 수평선 너머가 아니라 수평선 위의 보이지 않는 선 위로 지는 것처럼 보입니다. 이 현상은 수평선에 구름이 없을 때 관찰됩니다. 이때 언덕 꼭대기에 오르면 더 이상한 그림을 볼 수 있습니다. 이제 태양이 수평선 너머로 지고 있지만 동시에 태양 디스크가 잘린 것처럼 보입니다. 수평선과 관련하여 위치가 변경되지 않은 수평 "블라인드 스트라이프"에 의해. 목격자들에 따르면 이러한 특이한 일몰은 예를 들어 Primorsky Territory의 Bolshoi Kamen 마을과 Krasnodar Territory의 Sochi시와 같은 다양한 지리적 지역에서 볼 수 있습니다.

이러한 그림은 지구 자체 근처의 공기가 차가워지고 상대적으로 따뜻한 공기층이 위에 위치하면 관찰됩니다. 이 경우 공기의 굴절률은 대략 그래프와 같이 높이에 따라 변합니다. 낮은 차가운 공기층에서 그 위의 따뜻한 레이어로의 전환은 굴절률이 다소 급격히 떨어질 수 있습니다. 간단하게 하기 위해 우리는 이 하락이 갑자기 발생하고 따라서 지구 표면 위의 특정 높이 h1에 위치한 한랭층과 따뜻한 층 사이에 명확하게 정의된 경계면이 있다고 가정할 것입니다. 그림에서 nx는 한랭층 공기의 굴절률, nt는 한랭층 경계 부근의 온난층 공기 굴절률을 나타낸다.

공기의 굴절률은 1과 거의 다르지 않으므로이 그림의 수직 축을 따라 더 명확하게하기 위해 굴절률 자체가 아니라 1에 대한 초과 값, 즉 차이 n-1.

그림 4b)의 굴절률 변화 사진은 그림 5의 광선 경로를 구성하는 데 사용되었으며, 이는 구체 표면의 일부와 이에 인접한 찬 공기층을 두께로 나타낸 것입니다. 호.

φ가 0에서 시작하여 점진적으로 증가하면 각도 α2도 증가합니다. 특정 값 φ = φ'에서 각도 α2가 한랭층과 따뜻한 층의 경계에서 내부 전반사에 해당하는 제한 각도 αο와 같아진다고 가정합시다. 이 경우 sin α1 = 1입니다. 각도 αο는 그림 5의 광선 BA에 해당합니다. 그것은 수평과 각 β = 90˚ - φ'를 형성합니다. 관찰자는 수평선 위의 각 높이가 점 B의 각 높이보다 작은 점에서 차가운 층으로 들어오는 광선을 수신하지 않습니다. 각도 β보다 작습니다. 따라서 블라인드 행진이 설명됩니다.

그린빔. 녹색 광선은 때때로 일몰과 일출에 관찰되는 매우 멋진 녹색 빛의 섬광입니다. 플래시 지속 시간은 1-2초에 불과합니다. 현상은 다음과 같습니다. 태양이 맑은 하늘에 지고 공기가 충분히 투명하면 태양의 마지막 보이는 지점이 옅은 노란색 또는 주황색-빨간색에서 밝은 녹색으로 어떻게 빠르게 변하는지 관찰할 수 있습니다. 일출 시에도 동일한 현상을 관찰할 수 있지만 역순으로색상 교대.

녹색 광선의 모양은 빛의 주파수에 따른 굴절률의 변화를 고려하면 설명할 수 있습니다.

일반적으로 굴절률은 주파수가 증가함에 따라 증가합니다. 굴절 빈도가 높은 광선은 더 강합니다. 이것은 청색-녹색 광선이 적색 광선에 비해 더 강한 굴절을 겪는다는 것을 의미합니다.

대기 중에 빛의 굴절은 있지만 빛의 산란은 없다고 가정해 봅시다. 이 경우 수평선 근처에 있는 태양 디스크의 위쪽 및 아래쪽 가장자리는 무지개 색으로 색칠해야 합니다. 햇빛의 스펙트럼에 녹색과 빨간색의 두 가지 색상만 있게 하십시오. 이 경우 "백색" 태양 디스크는 서로 겹쳐진 녹색 및 빨간색 디스크로 볼 수 있습니다. 대기에서 빛의 굴절은 빨간색 디스크보다 녹색 디스크를 수평선 위로 더 많이 올립니다. 따라서 관찰자는 그림 1과 같이 지는 태양을 봐야 합니다. 6a). 태양 디스크의 상단 가장자리는 녹색이고 하단은 빨간색입니다. 디스크의 중앙 부분에서 색상의 혼합이 관찰됩니다. 흰색이 나타납니다.

실제로 대기 중 빛의 산란은 무시할 수 없습니다. 이는 더 높은 주파수를 가진 광선이 태양에서 오는 광선에서 더 효율적으로 탈락한다는 사실로 이어집니다. 따라서 디스크 상단의 녹색 테두리가 보이지 않고 전체 디스크가 흰색이 아니라 붉은색으로 보입니다. 그러나 거의 전체 태양 디스크가 수평선 너머로 가고 가장 위쪽 가장자리만 남아 있고 동시에 날씨가 맑고 고요하고 공기가 깨끗하다면 이 경우 관찰자는 밝은 녹색 가장자리를 볼 수 있습니다 밝은 녹색 광선의 산란과 함께 태양의

보고 이해하는 기쁨
가장 아름다운 자연의 선물입니다.
알버트 아인슈타인

하늘색의 신비

하늘이 왜 파래...

살면서 한 번도 이런 생각을 해보지 않은 사람은 없을 것이다. 중세 사상가들은 하늘색의 기원을 설명하려고 했습니다. 그들 중 일부는 파란색이 공기 또는 공기를 구성하는 일부 가스의 진정한 색이라고 제안했습니다. 다른 사람들은 하늘의 실제 색이 밤에 보이는 것처럼 검은색이라고 생각했습니다. 낮에는 하늘의 검은 색이 흰색에 더해진다- 태양 광선, 그리고 그것은 ... 파란색으로 밝혀졌습니다.

이제 아마도 파란색 페인트를 원하고 흑백을 혼합하려는 사람을 만나지 못할 것입니다. 그리고 색 혼합의 법칙이 아직 불분명하던 때가 있었습니다. 그것들은 불과 300년 전에 Newton에 의해 설치되었습니다.

뉴턴은 또한 푸른 하늘의 신비에 관심을 갖게 되었습니다. 그는 이전의 모든 이론을 거부하는 것으로 시작했습니다.

첫째, 그는 흰색과 검은색의 혼합물이 결코 파란색을 형성하지 않는다고 주장했습니다. 둘째, 파란색은 공기의 진정한 색이 아닙니다. 이 경우 일몰 시의 태양과 달은 실제로 있는 것처럼 빨간색이 아니라 파란색으로 나타납니다. 먼 눈 덮인 산의 봉우리는 이런 모습이었을 것입니다.

공기가 착색되어 있다고 상상해보십시오. 아주 약하더라도 말이죠. 그런 다음 두꺼운 층이 유색 유리처럼 작동합니다. 그리고 색 유리를 통해 보면 모든 물체가 이 유리와 같은 색으로 나타납니다. 멀리 눈 덮인 봉우리가 왜 우리에게는 분홍색으로 보이지만 전혀 파란색으로 보이지 않습니까?

그의 전임자들과의 논쟁에서 진실은 뉴턴의 편이었습니다. 그는 공기가 착색되어 있지 않다는 것을 증명했습니다.

그러나 그는 여전히 푸른 하늘의 수수께끼를 풀지 못했습니다. 그는 자연의 가장 아름답고 시적인 현상 중 하나인 무지개에 혼란스러워했습니다. 갑자기 나타났다가 갑자기 사라지는 이유는 무엇입니까? 뉴턴은 지배적 인 미신에 만족할 수 없었습니다. 무지개는 위에서 오는 표시입니다. 좋은 날씨. 그는 각 현상의 물질적 원인을 찾고자 했다. 무지개의 원인도 찾았다.

무지개는 빗방울에서 빛이 굴절된 결과입니다. 이를 깨달은 뉴턴은 무지개 호의 모양을 계산하고 무지개의 색상 순서를 설명할 수 있었습니다. 그의 이론은 쌍무지개 발생만을 설명할 수 없었지만 매우 복잡한 이론의 도움으로 3세기가 지나야 설명할 수 있었습니다.

무지개 이론의 성공은 뉴턴을 매료시켰습니다. 그는 하늘의 푸른 색과 무지개가 같은 원인 때문이라고 잘못 결론지었습니다. 무지개는 태양 광선이 빗방울 떼를 뚫고 나올 때 정말 빛납니다. 그러나 하늘의 푸르름은 비뿐만 아니라 볼 수 있습니다! 반대로, 맑은 날씨에 비 한방울도 내리지 않을 때 하늘은 특히 파랗습니다. 위대한 과학자는 이것을 어떻게 눈치채지 못했는가? 뉴턴은 그의 이론에 따르면 무지개의 파란색 부분만 형성하는 가장 작은 물방울이 어떤 날씨에도 공중에 떠 있다고 생각했습니다. 그러나 이것은 착각이었습니다.

첫 번째 결정

거의 200년이 흘렀고, 또 다른 영국 과학자 Rayleigh는 위대한 Newton조차도 그 과업의 힘을 넘어서는 것을 두려워하지 않고 이 문제를 떠맡았습니다.

Rayleigh는 광학을 공부했습니다. 그리고 빛의 연구에 평생을 바친 사람들은 많은 시간을 어둠 속에서 보냅니다. 외부 빛은 가장 미묘한 실험을 방해하므로 광학 연구실의 창문은 거의 항상 검은색의 뚫을 수 없는 커튼으로 덮여 있습니다.

Rayleigh는 그의 우울한 실험실에서 몇 시간 동안 홀로 남아 있었고 기기에서 빛줄기가 새어나왔습니다. 광선의 경로에서 그들은 살아있는 먼지 입자처럼 소용돌이 쳤습니다. 그들은 밝게 빛나서 어두운 배경에 대해 눈에 띄었습니다. 과학자는 아마도 오랫동안 생각에 잠겨 마치 사람이 벽난로에서 불꽃을 보는 것처럼 부드러운 움직임을 따랐습니다.

하늘색의 기원에 대한 새로운 아이디어를 레일리에게 제안한 것은 빛의 광선 속에서 춤추는 이 먼지 입자들이 아니었을까?

고대에도 빛은 직선으로 전파된다는 사실이 알려졌습니다. 이 중요한 발견은 원시인이 오두막의 갈라진 틈을 뚫고 태양 광선이 벽과 바닥에 떨어지는 것을 관찰하면서 이루어졌을 수 있습니다.

그러나 그는 왜 광선을 옆에서 바라보고 있는지에 대해 생각하는 데 거의 신경 쓰지 않았습니다. 그리고 여기서 생각해 볼 것이 있습니다. 결국 햇빛은 균열에서 바닥으로 가는 광선입니다. 관찰자의 눈은 옆에 있지만 그럼에도 불구하고 이 빛을 봅니다.

우리는 또한 하늘을 겨냥한 탐조등의 빛을 봅니다. 이것은 빛의 일부가 어떻게 든 직접적인 경로에서 벗어나 우리 눈으로 간다는 것을 의미합니다.

무엇이 그를 길에서 벗어나게 만드는가? 공기를 채우는 동일한 먼지 입자가 밝혀졌습니다. 먼지 한 점에 의해 흩어진 광선은 우리의 눈에 들어오고 장애물을 만나면 길을 바꾸고 산란 된 반점에서 우리의 눈으로 직선으로 전파됩니다.

"이 먼지 입자가 하늘을 파랗게 물들입니까?" 어느 날 레일리는 생각했다. 그는 계산을 했고, 직감은 확신으로 바뀌었습니다. 그는 하늘의 푸른 색, 붉은 새벽과 푸른 안개에 대한 설명을 찾았습니다! 물론 크기가 빛의 파장보다 작은 가장 작은 먼지 입자는 햇빛을 산란시키고 파장이 더 짧을수록 더 강하다고 Rayleigh는 1871년에 발표했습니다. 그리고 가시광선 스펙트럼의 보라색과 파란색 광선은 파장이 가장 짧기 때문에 가장 강하게 산란되어 하늘을 파란색으로 만듭니다.

태양과 눈 덮인 봉우리는 레일리의 계산을 따랐습니다. 그들은 심지어 과학자의 이론을 확인했습니다. Rayleigh의 이론에 따르면 일출과 일몰에 햇빛이 가장 두꺼운 공기를 통과할 때 보라색과 파란색 광선이 가장 강하게 산란됩니다. 동시에 그들은 직접적인 경로에서 벗어나 관찰자의 눈에 빠지지 않습니다. 관찰자는 주로 적색 광선을 보고 훨씬 더 약하게 산란합니다. 따라서 일출과 일몰에 태양은 우리에게 붉게 보입니다. 같은 이유로 먼 눈 덮인 산의 봉우리도 분홍색으로 보입니다.

바라보는 맑은 하늘, 우리는 직선 경로에서 산란으로 인해 벗어나 눈에 떨어지는 청청색 광선을 봅니다. 그리고 우리가 때때로 수평선 근처에서 보는 안개도 우리에게는 파랗게 보입니다.

성가신 사소한 일

멋진 설명이 아닌가요? Rayleigh 자신은 그것에 너무 매료되었고 과학자들은 이론의 조화와 Newton에 대한 Rayleigh의 승리에 너무 놀랐기 때문에 그들 중 누구도 간단한 것 하나를 알아차리지 못했습니다. 그러나 이 사소한 일 때문에 그들의 평가가 완전히 바뀌었어야 했습니다.

먼지가 훨씬 적은 도시에서 멀리 떨어져 있고 하늘의 푸른 색이 특히 맑고 밝다는 것을 누가 부인하겠습니까? 레일리 자신도 이것을 부정하기 어려웠습니다. 그래서... 먼지 입자가 빛을 산란시키지 않습니까? 그리고 뭐?

그는 모든 계산을 다시 수정하고 방정식이 올바른지 확인했지만 이것은 먼지 입자가 실제로 산란 입자가 아님을 의미합니다. 또한 공기 중에 존재하는 먼지 입자는 빛의 파장보다 훨씬 커서 Rayleigh의 계산에 따르면 Rayleigh는 이러한 먼지 입자가 많이 축적되어도 하늘의 푸르름이 높아지지 않고 오히려 약해집니다. 큰 입자에 의한 빛의 산란은 파장에 약하게 의존하므로 색의 변화를 일으키지 않습니다.

빛이 큰 입자에 의해 산란될 때 산란된 빛과 투과된 빛은 모두 흰색으로 남아 있으므로 공기 중에 큰 입자가 나타나면 하늘이 희끄무레하고 축적됩니다. 큰 수큰 물방울은 구름과 안개의 흰색을 결정합니다. 이것은 일반 담배에서 확인하기 쉽습니다. 마우스피스 측면에서 나오는 연기는 항상 희끄무레하게 보이고, 타는 끝에서 나오는 연기는 푸른빛을 띤다.

담배 끝에서 나오는 연기의 가장 작은 입자는 빛의 파장보다 작으며 Rayleigh의 이론에 따르면 주로 보라색과 파란색을 산란시킵니다. 그러나 담배 두께의 좁은 통로를 통과할 때 연기 입자는 서로 달라붙어(응고되어) 더 큰 덩어리로 결합됩니다. 그들 중 많은 것들이 빛의 파장보다 커지며 모든 파장의 빛을 거의 동일하게 산란시킵니다. 그래서 마우스피스 측면에서 나오는 연기가 희게 보입니다.

네, 먼지 입자에 기반한 이론을 주장하고 옹호하는 것은 무의미했습니다.

그래서 하늘의 푸른 색의 신비가 과학자들 앞에 다시 나타났습니다. 그러나 레일리는 포기하지 않았습니다. 하늘의 푸른 색이 더 순수하고 밝을수록 대기가 더 순수하다면 하늘의 색은 공기 자체의 분자 때문일 수 없다고 그는 추론했습니다. 그가 새 기사에서 쓴 공기 분자는 태양 빛을 산란시키는 가장 작은 입자입니다!

레일리는 이번에 매우 조심했습니다. 그의 새로운 아이디어를 보고하기 전에 그는 그것을 테스트하기로 결정하고 어떻게든 경험으로 이론을 확인했습니다.

기회는 1906년에 나타났습니다. 레일리는 윌슨 산의 천문대에서 하늘의 푸른 빛을 연구한 미국 천체 물리학자 애벗의 도움을 받았습니다. 애보트는 레일리 산란 이론에 기초하여 하늘 빛의 밝기를 측정한 결과를 처리하여 1세제곱센티미터의 공기에 포함된 분자의 수를 계산했습니다. 엄청난 숫자로 밝혀졌습니다! 이 분자를 지구에 거주하는 모든 사람들에게 배포하면 모든 사람이 이 분자를 100억 개 이상 얻을 수 있다고 말하는 것으로 충분합니다. 요컨대, Abbott는 정상적인 대기 온도와 압력에서 공기의 모든 입방 센티미터에 270억 배의 10억 분자가 포함되어 있음을 발견했습니다.

1세제곱센티미터의 기체에 들어 있는 분자의 수를 결정할 수 있습니다. 다른 방법들완전히 다른 독립적 인 현상을 기반으로합니다. 그들 모두는 밀접하게 일치하는 결과로 이어지며 Loschmidt 수라는 숫자를 제공합니다.

이 수치는 과학자들에게 잘 알려져 있으며, 가스에서 발생하는 현상을 설명하는 척도이자 통제 수단으로 한 번 이상 사용되었습니다.

그리고 이제 Abbot이 하늘의 빛을 측정할 때 얻은 숫자는 Loschmidt의 숫자와 매우 정확하게 일치했습니다. 그러나 그는 계산에 레일리 산란 이론을 사용했습니다. 따라서 빛의 분자 산란이 존재한다는 이론이 옳다는 것이 분명히 증명되었습니다.

Rayleigh의 이론은 경험에 의해 확실히 확인된 것 같았습니다. 모든 학자들은 그것을 흠잡을 데 없는 것으로 여겼습니다.

그것은 보편적으로 인정되어 모든 광학 교과서에 들어갔다. 쉽게 숨을 쉴 수 있었습니다. 마침내 그 현상에 대한 설명이 발견되었습니다. 너무나 친숙하면서도 신비로운 것이었습니다.

1907년에 잘 알려진 과학 저널의 페이지에 다시 질문이 제기되었다는 것은 더욱 놀라운 일입니다. 하늘은 왜 파란색입니까?!

논쟁

누가 감히 일반적으로 받아 들여지는 레일리 이론에 의문을 제기했습니까?

이상하게도 Rayleigh의 가장 열렬한 팬이자 추종자 중 하나였습니다. 아마도 아무도 Rayleigh만큼 Rayleigh를 높이 평가하고 이해하지 못했을 것이고, 그의 연구를 잘 알지 못했고, 젊은 러시아 물리학자 Leonid Mandelstam으로서 그의 과학적 연구에 관심이 없었을 것입니다.

- Leonid Isaakovich의 마음의 본질에서 - 나중에 또 다른 소비에트 과학자인 Academician N.D. Papaleksi - Rayleigh와 공통점이 많습니다. 그리고 그들의 과학적 창의성의 경로가 종종 평행을 이루고 반복적으로 교차하는 것은 우연이 아닙니다.

그들은 이번에는 하늘색의 기원을 놓고 서로 엇갈렸다. 그 이전에 Mandelstam은 주로 무선 공학을 좋아했습니다. 우리 세기 초에 이것은 완전히 새로운 과학 분야였으며 그것을 이해하는 사람은 거의 없었습니다. A.S. 발견 후 포포프(1895년)는 불과 몇 년밖에 지나지 않아 일이 끝도 없이 많았다. 뒤에 짧은 기간 Mandelstam은 무선 공학 장치와 관련된 전자기 진동 분야에서 많은 진지한 연구를 수행했습니다. 1902년에 그는 자신의 논문을 옹호했고 23세에 박사 학위를 받았습니다. 자연 철학스트라스부르 대학.

전파의 여기 문제를 다루면서 Mandelstam은 진동 과정 연구의 권위자로 인정받은 Rayleigh의 연구를 자연스럽게 연구했습니다. 그리고 젊은 의사는 무의식적으로 하늘을 색칠하는 문제에 대해 알게되었습니다.

그러나 하늘을 채색하는 문제를 알게 된 만델스탐은 그 자신이 말했듯이 일반적으로 인정되는 분자광 산란 이론의 "불충분함"을 보여주었을 뿐만 아니라 파란색의 비밀을 드러냈습니다. 하늘의 색뿐만 아니라 20세기 물리학에서 가장 중요한 발견 중 하나를 이끈 연구의 토대를 마련했습니다.

그리고 이 모든 것은 가장 위대한 물리학자 중 한 명인 양자 이론의 아버지인 M. 플랑크와 부재 중 논쟁으로 시작되었습니다. Mandelstam이 Rayleigh의 이론을 알게 되었을 때, 그녀는 그의 과묵함과 내적 역설로 그를 사로 잡았습니다. 젊은 물리학자는 놀랍게도 경험이 많고 노련한 Rayleigh는 눈치채지 못했습니다. Rayleigh 이론의 불충분함은 빛이 광학적으로 균질한 투명 매질을 통과할 때 빛의 감쇠를 설명하기 위해 플랑크가 기반으로 구축한 또 다른 이론의 분석에서 특히 분명하게 드러났습니다.

이 이론에서는 빛이 통과하는 물질의 분자가 2차 파동의 근원이라는 것을 기초로 삼았습니다. 플랑크는 이러한 2차 파동을 생성하기 위해 통과하는 파동의 에너지 일부가 소비되고 그 에너지는 약해진다고 주장했습니다. 우리는 이 이론이 Rayleigh 분자 산란 이론을 기반으로 하며 그 권위에 의존한다는 것을 알 수 있습니다.

문제의 본질을 이해하는 가장 쉬운 방법은 수면의 파도를 고려하는 것입니다. 파도가 정지하거나 떠 있는 물체(말뚝, 통나무, 보트 등)와 만나면 작은 파도가 이러한 물체에서 모든 방향으로 흩어집니다. 이것은 흩어지는 것에 지나지 않습니다. 입사파 에너지의 일부는 광학의 산란광과 매우 유사한 2차 파동의 여기에 사용됩니다. 이 경우 초기 파동이 약해집니다.

떠 다니는 물체는 물을 통과하는 파장보다 훨씬 작을 수 있습니다. 작은 알갱이도 2차 파동을 일으킵니다. 물론 입자의 크기가 작아질수록 그들이 형성하는 2차 파동은 약해 지지만 여전히 주파의 에너지를 흡수합니다.

이것은 플랑크가 가스를 통과할 때 빛의 파동이 감쇠하는 과정을 상상했던 방식이지만, 그의 이론에서 곡물의 역할은 가스 분자에 의해 수행되었습니다.

Mandelstam은 Planck의 이 작업에 관심을 갖게 되었습니다.

만델스탐의 사고 방식은 수면의 파도를 예로 들어 설명할 수도 있습니다. 좀 더 신중하게 고려하면 됩니다. 따라서 수면에 떠 있는 작은 알갱이도 2차파동의 원인이 됩니다. 그러나 이 곡물을 물 전체를 덮을 정도로 두껍게 부으면 어떻게 될까요? 그러면 수많은 알갱이로 인해 발생하는 개별 2차 파동이 합산되어 측면과 후면으로 흐르는 파동의 일부를 완전히 소멸시키고 산란이 중지되는 방식으로 밝혀질 것입니다. 앞으로 나아가는 파도만 있을 것입니다. 그녀는 전혀 약해지지 않고 앞으로 달릴 것입니다. 전체 곡물 덩어리가 존재하는 유일한 결과는 1 차 파동의 전파 속도가 약간 감소하는 것입니다. 이 모든 것이 곡물이 고정되어 있는지 또는 수면에서 움직이는지 여부에 의존하지 않는 것이 특히 중요합니다. 곡물 덩어리는 단순히 물 표면에 하중으로 작용하여 상층의 밀도를 변경합니다.

만델스탐은 공기 중의 분자 수가 너무 많아 빛의 파장과 같은 작은 영역에서도 큰 숫자분자. 이 경우 무작위로 움직이는 개별 분자에 의해 여기된 2차 광파는 입자가 있는 예의 파동과 동일한 방식으로 합산되는 것으로 나타났습니다. 이것은 이 경우 광파가 산란 및 감쇠 없이 전파되지만 다소 느린 속도로 전파됨을 의미합니다. 이것은 모든 경우에 산란하는 입자의 운동이 파동의 산란을 보장한다고 믿었던 레일리의 이론을 반증하고 이에 근거한 플랑크의 이론을 반박했습니다.

따라서 산란 이론의 기초 아래 모래가 발견되었습니다. 웅장한 건물 전체가 흔들리며 무너질 위기에 처했습니다.

우연의 일치

그러나 푸른 하늘 빛의 측정에서 로슈미트 수의 결정은 어떻습니까? 결국, 실험은 산란의 레일리 이론을 확인했습니다!

Mandelstam은 1907년 그의 저서 "On Optically Homogeneous and Turbid Media"에서 "이 우연의 일치는 우발적인 것으로 간주되어야 합니다."라고 썼습니다.

만델스탐은 분자의 무작위 운동이 기체를 균일하게 만들 수 없다는 것을 보여주었습니다. 반대로 실제 가스에는 혼돈 열 운동의 결과로 형성되는 가장 작은 희박화 및 압축이 항상 있습니다. 공기의 광학적 균일성을 위반하기 때문에 빛의 산란을 초래하는 것은 바로 그들입니다. 같은 작업에서 Mandelstam은 다음과 같이 썼습니다.

"매질이 광학적으로 불균일하다면 일반적으로 입사광도 측면으로 산란됩니다."

그러나 혼돈 운동의 결과로 발생하는 불균일성의 크기가 광파의 파장보다 작기 때문에 스펙트럼의 보라색 및 파란색 부분에 해당하는 파동이 주로 산란됩니다. 그리고 이것은 특히 하늘의 푸른 색으로 이어집니다.

그리하여 마침내 푸른 하늘의 수수께끼가 풀렸다. 이론적인 부분은 Rayleigh에 의해 개발되었습니다. 산란자의 물리적 성질은 Mandelstam에 의해 확립되었습니다.

만델스탐의 가장 큰 장점은 가스의 완전한 균질성 가정이 빛이 산란된다는 사실과 양립할 수 없다는 것을 증명했다는 사실에 있습니다. 그는 하늘의 푸른 색이 기체의 균질성이 겉으로만 드러난다는 것을 증명한다는 것을 깨달았습니다. 더 정확하게 말하면, 기체는 기압계, 저울 또는 한 번에 수십억 분자의 영향을 받는 기타 장비와 같은 조악한 장비로 검사할 때만 균질하게 보입니다. 하지만 광선은 비교할 수 없을 정도로 느껴집니다 소량분자, 수만에서 측정. 그리고 이것은 기체의 밀도가 지속적으로 작은 국부적 변화를 받는다는 것을 부인할 수 없을 정도로 입증하기에 충분합니다. 따라서 우리의 "거친" 관점에서 볼 때 동질적인 매체는 사실 동질적이지 않습니다. "빛의 관점"에서 그것은 흐릿하게 나타나서 빛을 산란시킵니다.

분자의 열 운동으로 인한 물질 특성의 무작위 국부적 변화를 이제 변동이라고 합니다. 분자 광 산란의 변동 기원을 해명한 만델스탐은 물질을 연구하는 새로운 방법, 즉 변동 또는 통계적 방법을 위한 길을 열었습니다. 변동 또는 통계적 방법은 나중에 Smoluchovsky, Lorentz, Einstein 및 자신이 개발하여 새로운 주요 물리학 부서인 통계 물리학으로 발전했습니다.

하늘이 반짝거려야 합니다!

그래서 하늘의 푸른 색의 비밀이 밝혀졌습니다. 그러나 빛의 산란에 대한 연구는 여기서 그치지 않았습니다. 거의 감지할 수 없는 공기 밀도의 변화에 주의를 기울이고 빛의 변동 산란에 의한 하늘의 색을 설명하는 Mandelstam은 과학자로서의 예리한 본능으로 이 과정의 새롭고 훨씬 더 미묘한 특징을 발견했습니다.

결국 공기의 불균일성은 밀도의 무작위 변동으로 인해 발생합니다. 이러한 무작위 불균일성의 크기, 즉 혈전의 밀도는 시간에 따라 변합니다. 따라서 과학자는 강도도 시간에 따라 변해야 한다고 주장했습니다. 즉 산란광의 강도입니다! 결국, 분자 클러스터가 조밀할수록 빛이 더 강렬하게 산란됩니다. 그리고 이 응고는 무작위로 나타났다가 사라지기 때문에 간단히 말해서 하늘이 깜박일 것입니다! 빛의 강도와 색상은 항상 변해야 합니다(그러나 매우 약하게)! 그러나 누군가가 그러한 깜박임을 본 적이 있습니까? 당연히 아니지.

이 효과는 육안으로 볼 수 없을 정도로 미묘합니다.

과학자들 중 누구도 그러한 하늘의 빛의 변화를 관찰하지 못했습니다. 만델스탐 자신도 자신의 이론의 결론을 검증할 기회가 없었습니다. 가장 복잡한 실험의 조직은 먼저 짜르 러시아의 열악한 조건으로 인해 방해를 받았고, 그 다음에는 혁명의 첫 해, 외국 개입 및 내전의 어려움으로 인해 방해를 받았습니다.

1925년 만델스탐은 모스크바 대학의 학과장이 되었습니다. 여기서 그는 뛰어난 과학자이자 숙련된 실험가인 Grigory Samuilovich Landsberg를 만났습니다. 그래서 그들은 깊은 우정과 공통의 과학적 관심으로 연결되어 약한 확산 광선에 숨겨진 비밀에 대한 공격을 계속했습니다.

그 당시 대학의 광학 연구실은 여전히 장비가 매우 열악했습니다. 대학에는 하늘의 깜박임이나 이론이 예측한 이러한 깜박임의 결과인 입사 및 산란된 빛의 빈도의 작은 차이를 감지할 수 있는 단일 장비가 없었습니다.

그러나 이것은 연구원을 멈추지 않았습니다. 그들은 실험실에서 하늘을 모방한다는 생각을 포기했습니다. 이것은 이미 미묘한 경험을 복잡하게 만들 뿐입니다. 그들은 백색광의 산란 - 복잡한 빛이 아니라 엄격하게 정의 된 하나의 광선의 산란을 연구하기로 결정했습니다. 입사광의 주파수를 정확히 알고 있다면 산란 중에 발생해야 하는 입사광에 가까운 주파수를 찾는 것이 훨씬 더 쉬울 것입니다. 또한, 이론은 고체에서 분자가 기체보다 훨씬 더 가까이 위치하고 물질이 밀도가 높을수록 산란이 커지기 때문에 고체에서 관찰이 더 쉬웠다고 제안했습니다.

가장 적합한 재료를 찾기 위한 노력이 시작되었습니다. 마지막으로, 선택은 수정에 떨어졌습니다. 큰 투명 석영 결정이 다른 어떤 것보다 저렴하기 때문입니다.

준비 실험은 2 년 동안 지속되었으며 가장 순수한 결정 샘플이 선택되었으며 기술이 개선되었으며 석영 분자의 산란과 무작위 개재물, 결정의 불균일성 및 불순물에 대한 산란을 의심의 여지없이 구별 할 수있는 표시가 확립되었습니다.

재치와 일

강력한 스펙트럼 분석 장비가 없었기 때문에 과학자들은 사용 가능한 장비를 사용할 수 있도록 하는 독창적인 해결 방법을 선택했습니다.

이 작업의 주요 어려움은 분자 산란으로 인한 약한 빛이 실험을 위해 얻을 수 있는 결정 샘플의 작은 불순물 및 기타 결함에 의해 산란된 훨씬 더 강한 빛에 의해 중첩된다는 것입니다. 연구원들은 결정 결함과 설정의 다양한 부분에서 반사에 의해 형성된 산란광이 입사광의 주파수와 정확히 일치한다는 사실을 이용하기로 결정했습니다. 그들은 만델스탐의 이론에 따라 주파수가 변하는 빛에만 관심을 두었기 때문에 분자 산란으로 인해 주파수가 변한 빛을 훨씬 더 밝은 빛의 배경과 분리하는 것이 과제였습니다.

산란된 빛이 등록할 수 있는 값을 갖기 위해 과학자들은 사용 가능한 가장 강력한 조명 장치인 수은 램프로 석영을 비추기로 결정했습니다.

따라서 결정에서 산란되는 빛은 분자 산란으로 인해 주파수가 변경된 약한 빛(이 부분에 대한 연구는 과학자들의 목표였습니다)과 외부에 의해 발생하는 주파수가 변하지 않는 훨씬 강한 빛의 두 부분으로 구성되어야 합니다. 원인(이 부분이 유해하여 연구를 어렵게 했습니다.

이 방법의 아이디어는 단순하기 때문에 매력적이었습니다. 일정한 주파수의 빛을 흡수하고 변경된 주파수의 빛만 스펙트럼 장치로 통과시켜야 합니다. 그러나 주파수 차이는 몇 천 퍼센트에 불과했습니다. 세계의 어떤 실험실도 이렇게 가까운 주파수를 분리할 수 있는 필터를 가지고 있지 않았습니다. 그러나 해결책이 발견되었습니다.

산란된 빛은 수은 증기가 담긴 용기를 통과했습니다. 결과적으로 모든 "유해한"빛은 용기에 "고착"되었고 "유용한"빛은 눈에 띄게 약화되지 않고 통과했습니다. 이 경우 실험자들은 이미 알려진 한 가지 상황을 이용했습니다. 양자 물리학에 따르면 물질의 원자는 특정 주파수의 광파만 방출할 수 있습니다. 그러나 이 원자는 빛을 흡수할 수도 있습니다. 그리고 그 자신이 방출할 수 있는 주파수의 광파만.

수은 램프에서 빛은 램프 내부에서 발생하는 방전의 영향으로 빛나는 수은 증기에 의해 방출됩니다. 이 빛이 수은 증기를 포함하는 용기를 통과하면 거의 완전히 흡수됩니다. 이론에서 예측하는 일이 일어날 것입니다. 용기의 수은 원자는 램프의 수은 원자에서 방출되는 빛을 흡수합니다.

네온 램프와 같은 다른 광원의 빛은 손상 없이 수은 증기를 통과합니다. 수은 원자는 그것에주의를 기울이지 않습니다. 세상의 그 부분은 삼켜지지 않을거야 수은 램프, 파장의 변화에 따라 석영에 산란됩니다.

Mandelstam과 Landsberg가 이용했던 것은 바로 이 편리한 상황이었습니다.

놀라운 발견

1927년에 결정적인 실험이 시작되었습니다. 과학자들은 수은 램프의 빛으로 수정을 비추고 결과를 처리했습니다. 그리고 ... 그들은 놀랐습니다.

실험 결과는 의외였고 이례적이었다. 과학자들은 이론으로 예측한 것이 아니라 예상한 것을 전혀 발견하지 못했습니다. 그들은 완전히 새로운 현상을 발견했습니다. 근데 뭐? 그리고 그것은 실수가 아닙니까? 산란광에서 예상치 못한 주파수가 발견되었지만 훨씬 더 높고 더 낮은 주파수가 발견되었습니다. 산란된 빛의 스펙트럼에서 전체 주파수 조합이 나타났으며 이는 석영에 입사하는 빛에는 없었습니다. 석영의 광학적 불균일성으로 외관을 설명하는 것은 불가능했습니다.

철저한 점검이 시작되었습니다. 실험은 완벽하게 수행되었습니다. 그들은 너무 재치 있고 완벽하고 독창적이어서 감탄하지 않을 수 없었습니다.

- Leonid Isaakovich는 때때로 매우 어려운 기술적 문제를 너무 아름답게 때로는 훌륭하게 간단하게 해결하여 무의식적으로 "이것은 왜 나에게 이전에는 발생하지 않았습니까?" - 직원 중 한 명이 말합니다.

다양한 제어 실험을 통해 오류가 없음을 완고하게 확인했습니다. 산란광 스펙트럼의 사진에서 약하고 그럼에도 불구하고 아주 분명한 선이 지속적으로 나타나 산란광에 "추가" 주파수가 있음을 나타냅니다.

수개월 동안 과학자들은 이 현상에 대한 설명을 찾고 있습니다. 산란된 빛에서 "외부" 주파수는 어디에서 왔습니까?!

그리고 만델스탐에게 놀라운 통찰력이 떠오른 날이 왔습니다. 그것은 놀라운 발견, 현재 20세기의 가장 중요한 발견 중 하나로 간주되는 바로 그 것입니다.

그러나 Mandelstam과 Landsberg는 모두 이 발견이 현상의 깊이에 대한 철저한 침투 후에 확실한 검증 후에 출판될 수 있다고 만장일치로 결정했습니다. 마지막 실험이 시작되었습니다.

태양의 도움으로

2월 16일 인도 과학자 Ch.N. 라만과 K.S. Krishnan은 Calcutta에서 이 잡지로 전보를 보냈습니다. 간단한 설명그의 발견.

그 해에 가장 다양한 발견에 대한 편지가 전 세계에서 "Priroda" 저널로 몰려들었습니다. 그러나 모든 보고서가 과학자들 사이에서 흥분을 불러일으키는 것은 아닙니다. 인도 과학자들의 편지에 관한 문제가 출판되었을 때 물리학자들은 매우 흥분했습니다. '새로운 형태의 2차 방사선'이라는 메모 제목도 눈길을 끌었다. 결국, 광학은 가장 오래된 과학 중 하나이므로 20세기에는 광학에서 알려지지 않은 것을 발견하는 것이 종종 불가능했습니다.

전 세계의 물리학자들이 캘커타에서 온 새 편지를 얼마나 흥미롭게 기다렸는지 상상할 수 있습니다.

그들의 관심은 발견의 저자 중 한 명인 라만(Raman)의 바로 그 성격에 적지 않은 영향을 받았습니다. 이것은 아인슈타인의 것과 매우 유사한, 호기심 많은 운명과 뛰어난 전기를 가진 사람입니다. 어린 시절의 아인슈타인은 단순한 체육관 교사였으며 그 다음에는 특허청 직원이었습니다. 이 기간 동안 그는 자신의 가장 중요한 작품을 완성했습니다. 뛰어난 물리학자인 라만도 대학을 졸업한 후 10년 동안 재무부에서 일해야 했고 그 후에야 캘커타 대학의 학과에 초대되었습니다. Raman은 곧 인도 물리학 학교의 인정받는 교장이 되었습니다.

설명된 사건 직전에 Raman과 Krishnan은 호기심 많은 일에 몰두했습니다. 그런 다음 1923년에 물질을 통한 X선의 통과를 연구하면서 아직 가라앉지 않은 미국 물리학자 Compton의 발견으로 인해 야기된 열정은 원래 방향에서 멀어지는 이 광선의 일부가 파장을 증가시킨다는 것을 발견했습니다. 안경원의 언어로 번역하면 물질 분자와 충돌하는 X선이 "색상"을 변경했다고 말할 수 있습니다.

이 현상은 양자 물리학 법칙으로 쉽게 설명되었습니다. 따라서 Compton의 발견은 젊은 양자 이론의 정확성에 대한 결정적인 증거 중 하나였습니다.

비슷하지만 이미 광학 분야에서 우리는 시도하기로 결정했습니다. 인도 과학자를 발견하십시오. 그들은 물질을 통해 빛을 통과시키고 그 광선이 물질의 분자에 어떻게 산란되는지와 파장이 변하는지 확인하기를 원했습니다.

보시다시피, 기꺼이 또는 무의식적으로 인도 과학자들은 소련 과학자들과 같은 과제를 스스로 설정했습니다. 그러나 그들의 목표는 달랐습니다. Calcutta는 Compton 효과의 광학적 유추를 찾고 있었습니다. 모스크바에서 - 변동하는 불균일성에 의한 광산란 동안의 주파수 변화에 대한 Mandelstam의 예측에 대한 실험적 확인.

Raman과 Krishnan은 예상되는 효과가 극히 작았기 때문에 어려운 실험을 구상했습니다. 실험을 위해서는 매우 밝은 광원이 필요했습니다. 그리고 그들은 태양을 사용하기로 결정하고 망원경으로 광선을 모았습니다.

그의 렌즈의 지름은 18센티미터였습니다. 연구원들은 프리즘을 통해 수집된 빛을 액체와 가스가 담긴 용기로 향하게 하고 먼지와 기타 오염 물질을 철저히 청소했습니다.

그러나 거의 모든 가능한 파장을 포함하는 백색 햇빛을 사용하여 산란된 빛의 예상되는 작은 파장을 감지하는 것은 희망이 없었습니다. 따라서 과학자들은 광 필터를 사용하기로 결정했습니다. 그들은 렌즈 앞에 청자색 필터를 놓고 황록색 필터를 통해 산란된 빛을 관찰했습니다. 그들은 첫 번째 필터를 통과하는 것이 두 번째 필터에 걸리게 된다고 올바르게 결정했습니다. 결국, 황록색 필터는 첫 번째 필터에서 투과된 청자색 광선을 흡수합니다. 그리고 둘 다 서로 뒤에 배치되어 모든 입사광을 흡수해야 합니다. 그러나 일부 광선이 관찰자의 눈에 떨어지면 입사광이 아니라 연구 중인 물질에서 태어났다고 확실히 말할 수 있습니다.

콜롬바

실제로 Raman과 Krishnan은 두 번째 필터를 통과하는 산란광에서 광선을 발견했습니다. 그들은 추가 주파수를 수정했습니다. 원칙적으로 될 수 있습니다 광학 효과콤프턴. 즉, 혈관에 있는 물질의 분자에 의해 산란될 때 청자색 빛은 색이 변하고 황록색이 될 수 있습니다. 그러나 이것은 여전히 증명되어야 했습니다. 황록색 빛이 나타나는 다른 이유가 있을 수 있습니다. 예를 들어 빛, 열 및 기타 원인의 영향으로 액체와 고체에서 자주 발생하는 약한 빛인 발광의 결과로 나타날 수 있습니다. 분명히 한 가지가 있었습니다. 이 빛은 다시 태어났습니다. 그것은 입사광에 포함되지 않았습니다.

과학자들은 6가지 다른 액체와 2가지 유형의 증기로 실험을 반복했습니다. 그들은 발광이나 다른 원인이 여기서 역할을 하지 않는다는 것을 확인했습니다.

가시광선의 파장이 물질에 산란될 때 증가한다는 사실은 Raman과 Krishnan이 확립한 것처럼 보였습니다. 그들의 검색은 성공으로 결정된 것처럼 보였습니다. 그들은 Compton 효과에 대한 광학적 유사성을 발견했습니다.

그러나 실험이 완성된 형태와 충분히 설득력 있는 결론을 가지려면 작업의 한 부분을 더 수행해야 했습니다. 파장의 변화를 감지하는 것만으로는 충분하지 않았습니다. 이 변화의 규모를 측정할 필요가 있었습니다. 첫 번째는 광 필터를 만드는 데 도움이 되었습니다. 그는 두 번째를 할 힘이 없었습니다. 여기에서 과학자들은 연구 중인 빛의 파장을 측정할 수 있는 장치인 분광기가 필요했습니다.

그리고 연구원들은 덜 복잡하고 힘든 두 번째 부분을 시작했습니다. 그러나 그녀는 또한 그들의 기대에 부응했습니다. 결과는 작업의 첫 번째 부분의 결론을 다시 확인했습니다. 그러나 파장은 예상외로 큰 것으로 밝혀졌다. 예상보다 훨씬 더. 이것은 연구원들을 괴롭히지 않았습니다.

여기서 콜럼버스를 기억하지 않는 방법은 무엇입니까? 그는 찾으려고 했다 해로인도로 가서 그 땅을 보고 그가 목표에 도달했음을 의심하지 않았습니다. 붉은 피부의 주민들과 낯선 신세계의 자연을 보고 그가 자신의 자신감을 의심할 이유가 있었습니까?

Raman과 Krishnan은 가시광선에서 Compton 효과를 발견하기 위해 액체와 기체를 통과하는 빛을 조사하여 발견했다고 결정한 것이 사실이 아닙니까?! 측정 결과 산란된 광선의 파장이 예기치 않게 크게 변했을 때 주저했습니까? 그들은 발견에서 어떤 결론을 얻었습니까?

인도 과학자들에 따르면, 그들은 그들이 찾고 있던 것을 발견했습니다. 1928년 3월 23일 "Compton 효과의 광학적 유추"라는 제목의 기사가 실린 전보가 런던으로 날아갔습니다. 과학자들은 다음과 같이 썼습니다. "따라서 우리가 훨씬 더 큰 파장의 변화를 다루고 있다는 점을 제외하면 Compton 효과의 광학적 유추는 분명합니다 ..." 참고: "훨씬 더 ..."

원자의 춤

Raman과 Krishnan의 연구는 과학자들 사이에서 기립 박수를 받았습니다. 모두가 그들의 실험적인 예술에 감탄했습니다. 이 발견으로 라만은 1930년에 노벨상을 수상했습니다.

스펙트럼의 사진은 인도 과학자들의 편지에 첨부되었으며, 입사광의 주파수를 나타내는 선과 물질 분자에 산란된 빛이 그 자리를 차지했습니다. Raman과 Krishnan에 따르면 이 사진은 그들의 발견을 그 어느 때보다 명확하게 보여주었습니다.

Mandelstam과 Landsberg는 이 사진을 보았을 때 자신이 찍은 사진과 거의 똑같은 사본을 보았습니다! 그러나 그녀의 설명을 알게 된 그들은 Raman과 Krishnan이 틀렸다는 것을 즉시 깨달았습니다.

아니요, 인도 과학자들은 Compton 효과를 발견하지 못했지만 완전히 다른 현상, 소비에트 과학자들이 수년 동안 연구해 왔던 것과 동일한 현상입니다 ...

인도 과학자의 발견으로 인한 흥분이 커지는 동안 Mandelstam과 Landsberg는 통제 실험을 끝내고 마지막 결정적 결과를 요약했습니다.

그리고 1928년 5월 6일에 그들은 인쇄할 기사를 보냈습니다. 스펙트럼의 사진이 기사에 첨부되었습니다.

연구원들은 문제의 역사를 간략하게 설명했습니다. 상세한 해석그들이 발견한 현상.

그렇다면 많은 과학자들을 고통스럽게 하고 머리를 부수게 한 이 현상은 무엇일까요?

Mandelstam의 깊은 직관력과 명료한 분석 정신은 과학자들에게 산란광의 주파수에서 발견된 변화가 공기 밀도의 무작위 반복을 균일하게 만드는 분자간 힘에 의해 야기될 수 없다는 사실을 즉시 깨닫게 했습니다. 물론 그 이유는 물질 자체의 분자 내에 있으며 현상은 분자를 구성하는 원자의 분자 내 진동에 의해 발생한다는 것이 과학자에게 분명해졌습니다.

이러한 변동은 매질에서 불규칙한 불균일성의 형성 및 흡수를 수반하는 변동보다 훨씬 더 높은 빈도로 발생합니다. 산란된 빛에 영향을 미치는 것은 분자 내 원자의 이러한 진동입니다. 원자는 그대로 표시하고 흔적을 남기고 추가 주파수로 암호화합니다.

그것은 가장 아름다운 추측, 자연이라는 작은 요새, 즉 분자라는 경계를 넘어 인간의 생각에 대한 대담한 침입이었습니다. 그리고 이 탐색은 내부 구조에 대한 귀중한 정보를 가져왔습니다.

손에 손

따라서 분자간 힘에 의한 산란광 주파수의 작은 변화를 검출하려고 하면 분자내력에 의한 진동수 변화가 더 크다는 것을 알 수 있었다.

따라서 '빛의 라만 산란'이라 불리는 새로운 현상을 설명하기 위해서는 분자 내부의 원자 진동이 미치는 영향에 관한 자료로 만델스탐이 만든 분자 산란 이론을 보완하는 것으로 충분했다. 새로운 현상은 1918년에 Mandelstam이 공식화한 아이디어가 발전한 결과 발견되었습니다.

네, 이유가 없는 것은 아닙니다. Academician S.I. Vavilov, "자연은 Leonid Isaakovich에게 완전히 특이한 명료한 미묘한 마음을 부여했으며 대다수가 무관심하게 통과 한 주요 사항을 즉시 알아 차리고 이해했습니다. 이것이 광산란의 요동의 본질을 이해한 방식이며, 광산란 동안 스펙트럼이 변화한다는 발상이 나타난 방식이며, 이는 라만 산란의 발견의 기초가 되었습니다.

그 후, 이 발견으로 엄청난 이점을 얻었고 가치 있는 실제 적용을 받았습니다.

발견의 순간에 그것은 과학에 대한 가장 가치 있는 공헌으로 보였습니다.

라만과 크리슈난은 어떻습니까? 그들은 소비에트 과학자의 발견과 그들 자신의 발견에 어떻게 반응했습니까? 그들이 발견한 것을 이해했습니까?

이 질문에 대한 답은 소련 과학자들이 기사를 발표한 지 9일 만에 언론에 보낸 Raman과 Krishnan의 다음 편지에 포함되어 있습니다. 네, 그들은 그들이 관찰한 현상이 콤프턴 효과가 아니라는 것을 이해했습니다. 이것은 빛의 라만 산란입니다.

Raman과 Krishnan의 편지와 Mandelstam과 Landsberg의 기사가 출판된 후, 동일한 현상이 모스크바와 캘커타에서 독립적으로 거의 동시에 수행되고 연구되었다는 것이 전 세계의 과학자들에게 분명해졌습니다. 그러나 모스크바 물리학자들은 석영 결정에서 그것을 연구했고 인도 물리학자들은 액체와 기체에서 그것을 연구했습니다.

그리고 이 병렬성은 물론 우연이 아닙니다. 그녀는 문제의 긴급성과 과학적 중요성에 대해 이야기합니다. 1928년 4월 말 Mandelstam과 Raman의 결론에 가까운 결과가 프랑스 과학자 Rocard와 Kaban에 의해 독립적으로 얻어졌다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 얼마 후 과학자들은 1923년에 체코의 물리학자 스메칼이 이론적으로 같은 현상을 예측했다는 사실을 기억했습니다. Smekal의 작업에 이어 Kramers, Heisenberg 및 Schrödinger의 이론 연구가 등장했습니다.

분명히 단점만 과학 정보많은 나라의 과학자들이 자신도 모르는 사이에 같은 문제를 풀기 위해 노력하고 있었다는 사실을 설명할 수 있습니다.

37년 후

라만 산란에 대한 연구는 빛의 과학에 새로운 장을 열었을 뿐만 아니라 그러나 그들은 주었다 강력한 무기기술. 업계는 물질의 특성을 연구하는 훌륭한 방법을 받았습니다.

결국, 빛의 라만 산란 주파수는 빛을 산란시키는 매질의 분자에 의해 빛에 겹쳐지는 각인입니다. 그리고 다른 물질에서 이러한 각인은 동일하지 않습니다. 이것이 학자 만델스탐에게 빛의 라만 산란을 "분자의 언어"라고 부를 수 있는 권리를 부여한 것입니다. 빛의 광선에서 분자의 흔적을 읽을 수있는 사람들은 산란 된 빛의 구성을 결정하고이 언어를 사용하여 분자는 구조의 비밀에 대해 말할 것입니다.

조합 스펙트럼의 사진의 네거티브에는 다양한 흑색의 선 외에는 아무것도 없습니다. 그러나 전문가는 이 사진에서 산란광이 물질을 통과한 후 나타나는 분자 내 진동의 주파수를 계산할 것입니다. 이 그림은 분자의 내부 생활에 대한 지금까지 알려지지 않은 많은 측면에 대해 알려줄 것입니다. 분자 구조, 원자를 분자로 묶는 힘, 원자의 상대적인 움직임에 대해 설명합니다. 물리학자들은 라만 스펙트로그램을 해독하는 방법을 배움으로써 분자가 스스로를 설명하는 데 사용하는 독특한 "빛의 언어"를 이해하는 법을 배웠습니다. 그래서 새로운 발견은 분자의 내부 구조를 더 깊숙이 침투하는 것을 가능하게 했습니다.

오늘날 물리학자들은 라만 산란을 사용하여 액체, 결정체 및 유리질 물질의 구조를 연구합니다. 화학자들은 이 방법을 사용하여 다양한 화합물의 구조를 결정합니다.

빛의 라만 산란 현상을 이용한 물질 연구 방법은 P.N. 연구소의 직원들이 개발했습니다. 학자 Landsberg가 이끄는 소련의 Lebedev Academy of Sciences.

이러한 방법을 사용하면 공장 실험실에서 항공 휘발유, 균열 제품, 정유 제품 및 기타 여러 복잡한 유기 액체에 대한 정량 및 정성 분석을 빠르고 정확하게 수행할 수 있습니다. 이렇게하려면 연구중인 물질을 조명하고 분광기로 산란 된 빛의 구성을 결정하는 것으로 충분합니다. 매우 간단해 보입니다. 그러나 이 방법이 정말 편리하고 빠르기까지 과학자들은 정확하고 민감한 장비를 만들기 위해 열심히 노력해야 했습니다. 그리고 그 이유입니다.

연구 중인 물질에 들어가는 빛 에너지의 총량 중에서 미미한 부분(약 100억분의 1)만이 산란광의 비율에 해당합니다. 그리고 라만 산란은 이 값의 2~3%만 차지하는 경우가 거의 없습니다. 이것이 라만 산란 자체가 오랫동안 주목받지 못한 이유인 것 같습니다. 그리고 라만 산란의 첫 번째 사진을 얻는 데 수십 시간 동안 지속되는 노출이 필요했다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

우리 나라에서 만들어진 현대적인 장비를 사용하면 몇 분, 때로는 몇 초 안에 순수한 물질의 라만 스펙트럼을 얻을 수 있습니다! 개별 물질이 몇 퍼센트의 양으로 포함되어 있는 복잡한 혼합물의 분석에서도 일반적으로 한 시간을 초과하지 않는 노출이면 충분합니다.

사진 판에 기록된 분자의 언어가 Mandelstam과 Landsberg, Raman 및 Krishnan에 의해 발견, 해독 및 이해된 지 37년이 지났습니다. 그 이후로 안경사들이 라만 주파수 목록이라고 부르는 분자 언어의 "사전"을 편집하기 위해 전 세계에서 지속적인 작업이 수행되었습니다. 그러한 카탈로그가 편집되면 스펙트로그램의 해석이 크게 촉진되고 빛의 라만 산란은 과학과 산업에 더욱 완전히 도움이 될 것입니다.

내 주제의 관련성은 많은 사람들이 맑고 푸른 하늘을 보고 감탄하며 그것이 왜 그렇게 파랗고 왜 그런 색을 주는지 알지 못하기 때문에 청취자에게 흥미롭고 유용할 것이라는 사실에 있습니다.

다운로드:

시사:

소개. 와 함께. 삼
주요 부분. 와 함께. 4-6

반 친구들의 제안

고대 과학자들의 추측
현대적 관점
하늘의 다른 색
결론.

결론. 와 함께. 7
문학. 와 함께. 여덟

1. 소개.

나는 날씨가 맑고 화창할 때, 하늘에 구름 한 점 없고, 하늘색이 파랗게 될 때를 좋아합니다. "왜 하늘이 파랗지?"라고 생각했습니다.

연구 주제:하늘은 왜 파랗습니까?

공부의 목적:하늘이 왜 파란지 알아?

연구 목표:

고대 과학자들의 가정을 배우십시오.

현대 과학의 관점을 찾으십시오.

하늘의 색을 보세요.

연구 대상- 대중 과학 문학.

연구 주제- 하늘의 푸른 색.

연구 가설:

구름이 수증기로 이루어져 있고 물이 파란색이라고 가정해 봅시다.

또는 태양에는 하늘을 그러한 색으로 칠하는 광선이 있습니다.

공부 계획:

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2. 주요 부분.

반 친구들의 제안.

나는 내 급우들이 질문에 대해 무엇이라고 말할지 궁금했다. 하늘은 왜 파랗지? 누군가의 의견이 나와 일치할 수도 있고 완전히 다를 수도 있습니다.

우리 학교 3학년 학생 24명을 인터뷰했습니다. 응답 분석 결과:

8명의 학생들은 지구에서 증발하는 물 때문에 하늘이 파랗다고 제안했습니다.

4명의 학생은 파란색이 차분하다고 답했습니다.

4명의 학생은 하늘의 색이 대기와 태양의 영향을 받는다고 생각합니다.

3명의 학생은 공간이 어둡고 대기가 흰색이어서 파란색이 나온다고 생각합니다.

2명의 학생은 태양 광선이 대기에서 굴절되어 파란색이 형성된다고 믿습니다.

2명의 학생이 이 옵션을 제안했습니다. 하늘의 파란색은 날씨가 춥기 때문입니다.

학생 1명 - 이것이 자연에서 작동하는 방식입니다.

내 가설 중 하나가 사람들의 가장 일반적인 의견과 일치한다는 것이 궁금합니다. 구름은 수증기로 이루어져 있고 물은 파란색입니다.

고대 과학자들의 추측.

문헌에서 내 질문에 대한 답을 찾기 시작했을 때 많은 과학자들이 답을 찾기 위해 머리를 쓰다듬고 있다는 것을 알게 되었습니다. 많은 가설과 가정이 만들어졌습니다.

예를 들어 고대 그리스의 질문에 - 왜 하늘이 파란색입니까? - 나는 주저 없이 즉시 대답할 것입니다. "하늘은 가장 순수한 암석으로 만들어졌기 때문에 파랗습니다!" 하늘은 놀라운 정확도로 서로 삽입된 몇 개의 수정 구체입니다. 그리고 그 중앙에는 바다, 도시, 사원, 산봉우리, 숲길, 선술집, 요새가 있는 지구가 있습니다.

이것이 고대 그리스의 이론인데 왜 그렇게 생각했을까요? 하늘은 만질 수 없고 그저 바라볼 수만 있었다. 보고 생각하십시오. 그리고 다양한 추측을 해보세요. 우리 시대에는 그러한 추측을 "과학적 이론"이라고 부를 것이지만 고대 그리스 시대에는 추측이라고 불렀습니다. 그리고 많은 관찰과 더 많은 생각 끝에 고대 그리스인들은 이것이 하늘의 푸른 색과 같은 이상한 현상에 대한 간단하고 아름다운 설명이라고 결정했습니다.

나는 그들이 왜 그렇게 생각하는지 확인하기로 결정했습니다. 일반 유리 조각을 넣으면 투명합니다. 그러나 그러한 안경을 통째로 쌓아서 들여다 보려고 하면 푸르스름한 색조가 보일 것입니다.

하늘의 색에 대한 이 간단한 설명은 1500년 동안 존재해 왔습니다.

Leonardo da Vinci는 "...어둠 위의 밝음이 파란색이 되기 때문에" 하늘이 이 색으로 칠해진다고 제안했습니다.

일부 다른 과학자들도 같은 의견이었지만 나중에 이 가설이 근본적으로 틀렸다는 것이 분명해졌습니다. 왜냐하면 검은색과 흰색을 섞으면 파란색을 얻을 가능성이 거의 없기 때문입니다. 이 색상의 조합은 회색과 그 음영만 주기 때문입니다 .

18세기 후반에는 하늘의 색이 공기를 구성하는 부분에 의해 결정된다고 믿었습니다. 이 이론에 따르면 순수한 공기는 검기 때문에 공기에는 많은 불순물이 포함되어 있다고 믿었습니다. 이 이론 이후에는 여전히 많은 가정과 추측이 있었지만 어느 누구도 스스로를 정당화할 수 없었습니다.

현대적 관점.

나는 현대 과학자들의 의견을 들었다. 현대 과학자들은 그 답을 찾았고 하늘이 파란 이유를 증명했습니다.

하늘은 그저 공기, 우리가 1초마다 숨쉬는 평범한 공기, 투명하고 무게가 없기 때문에 보거나 만질 수 없는 것입니다. 그러나 우리는 투명한 공기를 들이마십니다. 왜 그것이 머리 위로 푸른 색을 띠게 되는 것입니까?

모든 비밀은 우리의 분위기에 있었습니다.

태양 광선은 지구에 도달하기 전에 거대한 공기층을 통과해야 합니다.

태양 광선은 흰색입니다. 그리고 흰색은 유색 광선의 혼합물입니다. 무지개의 색깔을 쉽게 기억할 수 있는 세기의 운율처럼:

각각(빨간색)
사냥꾼(주황색)
소원(노란색)
알다(녹색)
어디에(파란색)
앉아 (파란색)
꿩(보라색)

태양 광선은 공기 입자와 충돌하여 7가지 색상의 광선으로 분해됩니다.

빨간색과 주황색 광선은 가장 길고 태양에서 직접 우리 눈으로 전달됩니다. 그리고 파란색 광선은 가장 짧고 모든 방향으로 공기 입자를 반사하고 다른 모든 광선 중에서 가장 적게 땅에 도달합니다. 따라서 하늘은 푸른 광선으로 뚫립니다.

하늘의 다른 색상입니다.

하늘이 항상 파랗지는 않습니다. 예를 들어, 밤에 태양이 광선을 보내지 않을 때 우리는 하늘이 파랗지 않고 대기가 투명한 것처럼 보입니다. 그리고 투명한 공기를 통해 사람은 행성, 별을 볼 수 있습니다. 그리고 낮에는 푸른 색이 다시 우리 눈에서 우주의 몸을 숨 깁니다.

하늘의 색은 빨간색입니다 - 일몰시, 구름 낀 날씨흰색 또는 회색.

결과.

따라서 연구를 마친 후 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.

모든 비밀은 우리 대기의 하늘색에 있습니다- 행성 지구의 공기 껍질에서.
대기를 통과하는 태양 광선은 일곱 가지 색상의 광선으로 나뉩니다.
빨간색과 주황색 광선이 가장 길고 파란색 광선이 가장 짧습니다..
파란 광선은 다른 광선보다 지구에 덜 도달하고 하늘은 이 광선 덕분에 파란 색으로 뚫립니다.
하늘이 항상 파랗지는 않습니다.

가장 중요한 것은 이제 하늘이 왜 파란색인지 알 수 있다는 것입니다. 두 번째 가설을 부분적으로 확인했습니다. 태양은 하늘을 이 색으로 물들이는 광선을 가지고 있습니다. 두 반 친구의 추측이 정답에 가장 가까웠습니다.

간단한 설명

하늘은 무엇입니까?

하늘은 무한합니다. 어느 나라에서나 하늘은 순결의 상징입니다. 왜냐하면 하나님 자신이 그곳에 산다고 믿기 때문입니다. 사람들은 하늘을 향하여 비를 구하거나 그 반대로 태양을 구합니다. 즉, 하늘은 단순한 공기가 아니라 순결과 순결의 상징입니다.

하늘 -그것은 단지 공기, 우리가 매초 숨 쉬는 평범한 공기, 투명하고 무중력 때문에 보거나 만질 수 없는 것입니다. 그러나 우리는 투명한 공기를 들이마십니다. 왜 그것이 머리 위의 푸른 색을 얻습니까? 공기에는 질소, 산소, 이산화탄소, 수증기, 끊임없이 움직이는 다양한 먼지 입자와 같은 여러 요소가 포함되어 있습니다.

물리학의 관점에서

실제로 물리학자들이 말했듯이 하늘은 태양 광선에 의해 착색된 공기일 뿐입니다. 간단히 말해서, 태양은 지구를 비추지만, 이를 위해서는 태양 광선이 말 그대로 지구를 감싸고 있는 거대한 공기층을 통과해야 합니다. 그래서 태양 광선에는 여러 가지 색이 있거나 무지개의 일곱 가지 색이 있습니다. 모르는 사람들을 위해 무지개의 7가지 색은 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑, 남색, 보라색이라는 것을 상기할 가치가 있습니다.

또한 각 광선은 이러한 모든 색상을 가지고 있으며이 공기층을 통과 할 때 무지개의 다른 색상을 모든 방향으로 튀지 만 파란색이 가장 널리 퍼져 하늘이 파란색을 얻습니다. 간단히 설명하면 푸른 하늘은 이 색상으로 칠해진 광선을 주는 스프레이입니다.

그리고 달에

대기가 없으므로 달의 하늘은 파란색이 아니라 검은색입니다. 궤도에 진입하는 우주 비행사는 행성과 별이 반짝이는 검고 검은 하늘을 봅니다. 물론 달의 하늘은 매우 아름답게 보이지만 여전히 내 머리 위로 계속해서 까만 하늘을 보고 싶지는 않습니다.

하늘은 색이 변하고 있어

하늘은 항상 파란색이 아니라 색이 변하는 경향이 있습니다. 모두가 때로는 희끄무레하고 때로는 푸르스름한 검은 색임을 눈치 챘을 것입니다 ... 왜 그럴까요? 예를 들어, 밤에 태양이 광선을 발산하지 않을 때 우리는 하늘이 파랗지 않은 것을 보고 대기가 투명해 보입니다. 그리고 투명한 공기를 통해 사람은 행성과 별을 볼 수 있습니다. 그리고 낮에는 푸른 색이 신비한 공간을 엿보는 눈으로부터 다시 확실하게 숨길 것입니다.

다양한 가설 하늘은 왜 파란색일까? (Goethe, Newton, XVIII 세기의 과학자, Rayleigh의 가설)

어떤 가설이 제시되지 않았는가 다른 시간하늘의 색을 설명합니다. 레오나르도 다빈치는 어두운 벽난로를 배경으로 연기가 어떻게 푸르스름한 색을 띠는지 관찰하면서 "...어둠 위의 밝음이 파랗게 변할수록, 더 아름다울수록 빛과 어둠이 더 우수해집니다."라고 썼습니다. 그는 거의 같은 것을 고수했습니다. 관점. 괴테, 전 세계적으로 뿐만 아니라 유명한 시인, 그러나 동시에 가장 큰 자연 과학자이기도 합니다. 그러나 하늘의 색에 대한 이러한 설명은 나중에 밝혀진 바와 같이 흑백을 혼합하면 색상이 아닌 회색 톤만 줄 수 있기 때문에 지지할 수 없는 것으로 판명되었습니다. 푸른 색벽난로의 연기는 완전히 다른 과정에서 발생합니다.

특히 박막에서 간섭이 발견된 후, 뉴턴하늘의 색을 설명하기 위해 간섭을 적용하려고 했습니다. 이를 위해 그는 물방울이 비눗방울과 같은 얇은 거품 형태라는 것을 인정해야 했습니다. 그러나 대기에 포함된 물방울은 실제로 구체이기 때문에 이 가설은 곧 비누 방울처럼 "폭발"합니다.

18세기 과학자 마리오트, 부거, 오일러하늘의 푸른색은 자신의 색 때문이라고 생각했다 구성 부품공기. 이 설명은 액체 산소는 파란색이고 액체 오존은 파란색이라는 것이 확립된 19세기에 이미 나중에 약간의 확인을 받기까지 했습니다. O.B.가 하늘색에 대한 정확한 설명에 가장 가까웠다. 소쉬르. 그는 공기가 절대적으로 깨끗하다면 하늘은 검게 될 것이지만 공기에는 주로 파란색을 반사하는 불순물(특히 수증기와 물방울)이 포함되어 있다고 믿었습니다. XIX 세기 후반까지. 액체와 기체에서의 빛의 산란, 특히 하늘에서 오는 산란광의 특성 중 하나인 편광에 관한 풍부한 실험자료가 축적되어 왔다. Arago는 처음으로 그것을 발견하고 탐험했습니다. 이것은 1809년의 일입니다. 나중에 Babinet, Brewster 및 다른 과학자들은 궁창의 양극화 연구에 참여했습니다. 하늘의 색에 대한 질문은 과학자들의 관심을 너무 끌기 때문에 훨씬 더 넓은 의미를 지닌 액체와 기체의 빛 산란에 대한 진행중인 실험이 "실험실 재생산"의 관점에서 수행되었습니다. "하늘의 푸른 색 시뮬레이션" "하늘의 푸른 색, 일반적으로 흐린 물질에 의한 빛의 편광" "하늘의 푸른 색 시뮬레이션" Tyndall 이 실험의 성공은 과학자들의 생각을 올바른 길로 이끌었습니다.

영국 과학자인 Rayleigh는 대기 중 빛의 분자 산란에 대한 일관되고 엄격한 수학적 이론을 최초로 창안했습니다. 그는 빛의 산란이 그의 전임자들이 생각했던 것처럼 불순물이 아니라 공기 분자 자체에서 발생한다고 믿었습니다. 빛의 산란에 관한 레일리의 첫 번째 작업은 1871년에 출판되었습니다. 최종 형태로, 그 당시 확립된 빛의 전자기적 성질에 기초한 산란 이론은 "하늘에서 오는 빛, 그 편광에 관하여 and color", 1899년에 출판된 Rayleigh 빛의 산란(그의 성명 John William Strett, Lord Rayleigh III)은 종종 그의 아들인 Lord Rayleigh IV와 대조적으로 Rayleigh Scatterer로 언급됩니다. 대기 물리학의 발전에 큰 공헌을 한 Rayleigh IV를 Rayleigh Atmospheric이라고 합니다. 하늘의 색을 설명하기 위해 레일리 이론의 결론 중 하나만 인용하고 다양한 광학 현상을 설명할 때 다른 것을 여러 번 참조합니다. 이 결론은 산란된 빛의 밝기 또는 강도가 산란 입자에 입사하는 빛의 파장의 4승에 반비례하여 변한다는 것을 나타냅니다. 따라서 분자 산란은 빛의 파장의 가장 작은 변화에도 극도로 민감합니다. 예를 들어, 보라색 광선(0.4미크론)의 파장은 적색 광선(0.8미크론) 파장의 약 절반입니다. 따라서 보라색 광선은 빨간색 광선보다 16배 더 강하게 산란되고 동일한 강도의 입사 광선에서 산란된 빛에는 16배 더 많습니다. 가시 스펙트럼의 다른 모든 유색 광선(파란색, 청록색, 녹색, 노란색, 주황색)은 각각 파장의 4제곱에 반비례하는 양으로 산란된 빛에 포함됩니다. 이제 모든 유색 산란 광선이 이러한 비율로 혼합되면 산란 광선 혼합의 색상이 파란색이 됩니다.

산란으로 인해 주로 파란색과 보라색 광선을 잃는 직사광선(태양 원반에서 직접 방출되는 빛)은 태양이 수평선으로 내려감에 따라 더 진해지는 희미한 황색 색조를 얻습니다. 이제 광선은 대기에서 점점 더 긴 경로를 이동해야 합니다. 긴 경로에서 단파, 즉 보라색, 파란색, 파란색 광선의 손실이 점점 더 두드러지고 태양이나 달의 직사광선에서 주로 장파 광선이 지구 표면에 도달합니다 - 빨간색, 주황색, 노란색. 따라서 해와 달의 색은 처음에는 노란색이 되고 그 다음에는 주황색과 빨간색이 됩니다. 태양의 붉은 색과 하늘의 푸른 색은 동일한 산란 과정의 두 가지 결과입니다. 직사광선에서는 대기의 두께를 통과한 후 주로 장파광선(적색태양)이 남고 단파광선(푸른하늘)은 산란광으로 떨어진다. 그래서 Rayleigh의 이론은 수수께끼를 매우 명확하고 설득력 있게 설명했습니다. 파란 하늘그리고 붉은 태양.

하늘 열 분자 산란