دانلود مقاله تاريخچه اپتيک و کوانتوم در فایل ورد (word) دارای 55 صفحه می باشد و دارای تنظیمات و فهرست کامل در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد دانلود مقاله تاريخچه اپتيک و کوانتوم در فایل ورد (word)   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : توضیحات زیر بخشی از متن اصلی می باشد که بدون قالب و فرمت بندی کپی شده است

بخشی از فهرست مطالب پروژه دانلود مقاله تاريخچه اپتيک و کوانتوم در فایل ورد (word)

پیش گفتار  
اپتیک هندسی  
اپتیک موجی  
پیشگفتار  
ماکس کارل ارنست لودویگ پلانک :  
دانشمند دانشمندان  
روزهای دانشجوئی  
مسأله انتروپی  
اجسام سیاه، فاجعه ی فرابنفش، و کوانتا:  
ثابت پلانک  
خط مرزی  
تایید صحت نظریه پلانک:  
میراث علمی پلانک  
مبانی مکانیک کوانتومی:  
نیلز هنریک دیوید بوهر :  
ساختار اتم از دید بوهر:  
سال های پایانی  
ورنر کارل هایزنبرگ:  
اوان زندگی:  
ماهیت موجی / ذره ی اجزاء اتم:  
اصل عدم قطعیت:  
گربه شرودینگر:  
جمع بندی مکانیک کوانتومی  

پیش گفتار

از ابدائی ترین تعاریف برای نور دو نظر اجتماعی می باشد: یکی نظر حکمای تعلیمی که می گفتند نور حرارتی آتش گونه است که از اجسام منیری چون خورشید و آتش انتشار می یابد و دیری حکمای طبیعی که می گفتند نور در اجسام منیر صورت ذاتی و در اجسام مستنیر صورت عَرَضی دارد که با زوال نور زایل می گردد

اما پس از گذشت دوره ها و پیشرفت ها نهایی ترین تعریف را از نور و نورشناسی چنین ارائه داده اند: Optic برگرفته از کلمه یونانی optas که به معنای دیدن و دیده شدن می باشد که تمامی کاراکتر یا شخصیت اصلی آن مبحث را، نور بازی می کند. مثل نور هندسی ( آینه ها، عدسی ها و سطوح شکننده نور و ; ) نور موجی ( پدیده های تداخل پراش، تفرق و ; ) نور شناخت پرتوهای همدوس مانند لیزر. و در لغت هم به معنای مقابل تاریکی کاربرد دارد

اولین جرقه ها برای استفاده ازر کلمه نور: در موضوع دیدن یا ابصار بوده است و اینکه چه عاملی باعث دید ن می شود. در این باره یعنی نورشناسی از دیرباز تا به حال مفصلاً صحبت شده است و ریشه اصلی آن به یونان و تمدن یونانی می رسد. این بدان معنی نیست که مصر باستان، چین و بین النهرین و هند هیچ گونه سهمی در این قلمرو نداشته اند. ولی زادگاه فلسفه و حکمت یونانی از مردم آیونا که بخش مرکزی از آسیای صغیر است، می باشد

اپتیک هندسی

دانشمندان در همین دوره ها در مورد دیدن و ابصار به دو گروه عمده تقسیم می شدند

1- گروهی به پیروی از اقلیدس و بطلمیوس اعتقاد داشتند که یک شی بر اثر خروج پرتوی از چشم و برخورد آن با شی دیگر انجام می پذیرد

2- گروهی دیگر از فلاسفه بر این باور بودند که دیدن یک شی با ورود یا انطباق صورت یا شبح آن با شی در چشم صورت می گیرد

در سده چهار هنگام عرضه نوآوری های بزرگ دانشمندان اسلامی فرا رسید. لویی مستشرق فرانسوی درباره تاثیر دانشمندان اسلامی بر جهان غرب می گوید: ثمرات اندیشه های پربار دانشمندان عرب و اخرتاعات گرانبهای آنها گواه روشنی است بر اینکه ایشان در همه چجیز استادی اروپا را دارند و از چهره های شاخص این دوره ها سرآمدانی مثل ابویوسف ابن اسحاق کندی ملقب به فیلسوف العرب و محمد ابن ذکریای رازی است. تا اینکه به شاهکار عالم علم نور در دنیای اسلام یعنی بطلمیوس ثانی، این هیثم صاحب کتاب المناظر می رسیم

ابن هیثم هم عصر با ابن سینا و ابوریحان بیرونی بوده است و در نیمه دوم سده چهارم قمری و در دهه سوم از سده پنجم قمری می زیسته و آثارش بیش از آن است که به شمار آید و نخستین کسی است که دستاوردهای مهمی را پس از بطلمیوس در نظریه نورشناسی پدید آورد. ابن هیثم نماینده فیزیکدانان جدید و بزرگترین فیزیکدانان مسلمان و از بزرگترین محققان نورشناسی در همه اعصار بوده است

ابن هیثم صاحب کبیری به نام المناظر است شامل بحث های مهمی در باب فیزیک نور هندسی مثل شکست و بازتابش نور، بینایی چشم و متمرکز ساختن نور به کمک عدسی های رنگین آن، آینه های کروی و سهمی وار، ابیراهی کروی، شکست پرتوهای نور بر اثر عبور از جو زمین، افزایش ظاهری اندازه اجرا آسمان در نزدیکی افق زمین، توجیهات دقیق در باب بینایی و اینکه هنگام دیدن، نور از اشیاء مرئی به چشم می رسد و ماهیت تشعشع و تابش نور و رنگ را تجزیه و تحقیق کرده و میان آنهایی که ذاتاً منیرند و آنهایی که نور ثانوی از خود می پراکنند، تمایز گذاشت. البته باید خاطر نشان کرد که روش ابن هیثم مبتنی بر آزمایش و تجربه بوده است

اگر چه کار ابن هیثم در نورشناسی محتوی عناصر یونانی به ویژه از بطلمیوس بود او همه چیز را چنان از نو سامان داد که به نتایج کاملاً تازه ای رسید که مصدق آن در باب نور و ینایی است که تماماً از آن خود اوست و مطلقاً چیزی به افکار عتیق یا نظریات اسلامی پیشین بدهکار نیست. او همان کسی است که روش درست پژوهش علم را پایه گذاری کرد و پیش از آشنایی غرب با این روش از آنها استفاده کرد تا بعدها از سوی بزرگان این روش به نام روش علمی شناخته شد

ابن هیثم پس از تحقیق و پژوهش بسیار به نتایج زیر رسید

1- باید شی مرئی یا خود منیر باشد یا آنکه نور خود را از منبع دیگری بگیرد

2- باید بین شی مرئی و چشم فاصله باشد

3- در خط واصل میان چشم و جسم نباید جسم کدری باشد یعنی محیط باید شفاف باشد

4- باید شی مرئی حجم به اندازه ای داشته باشد و کاملاً شفاف نباشد و چشم از بیماری ها و صدمات در امن باشد

مقارن با دستاوردهای علمی تمدن اسلامی اشتیاق روزافزون اروپا از جمله در قلمرو نور شناسی، در سال 1270 میلادی دانشمند لهستانی به نام ویتلو کتابی به عنوان پرسپکتیوا ( مناظر و مرایا ) منتشر کرد که به تصریح در آن نگاشته شده که منبع آن از کتاب های الهازن و بطلمیوس بوده است و بعدها دریافتند که کتاب ویتلو برگردان تحریف یافته از الهازن بوده که به هنگام نظر دادن در مورد بعضی موارد حتماً اشتباه هم داشته است. البته الهازن مدت ها در اروپای قرون وسطی و پس از آن در دوره رنسانس همچنان مرجعی اساسی در زمین نور بود

قوانین ابن هیثم برای شکست نور در قرن 17 میلادی مورد استفاده کپلر و دکارت نیز قرار گرفت

بزرگترین پل ارتباطی دنیای علم اعراب با دانشمندان غربی راجر بیکن انگلیسی که اولیت رئیس دانشگاه آکسفورد که گروس تست نیز استاد آن دانشگاه بود و رفتار پرتوهای نوری را به تفصیل مورد بحث قرار داد. بیکن همان کسی است که می گفت: در شگفتم از کسی که به مطالعه فلسفه می پردازد ولی زبان عربی نمی داند. در کتاب خود فصولی را مربوط به نورشناسی که از ابن هیثم اقتباس کرده بود دارد

دراینجا به بعضی از دستاوردهای ابن هیثم می پردازیم

شالوده آرای ابن هیثم در نظر عمومی نورشناسی از این اصل کلی منشأ می گیرد که جهان خارجی دارای وجود مستقل و عینی است. بر اساس این دیدگاه حواس، ابزارهایی برای درک و شناخت جهان خارجی اند و احساس بینایی به عامل یا موثری خارجی به نام نور مربوط می باشند. چنین نگرشی به خودی خود راه را برای نظریه حکمای تعلیمی و گروهی از فیلسوفان اسلامی پیشین و معاصر ابن هیثم بسته است. بر اساس دیدگاه وی بینایی از موثری خارجی یا عامل بیرونی به نام نور منشأ می گیرد و این اندیشه نمی تواند با اندیشه خروج چیزی از چشم و برخورد آن به شی مرئی سازگار باشد

اپتیک موجی

قبلاً دیدم که نور به صورت هندسی مورد بحث قرار گرفت، از قرن هفدهم به بعد آرام آرام موجی بودن نور به اثبات می رسد و تمام پدیده هایی را که قبلاً به صورت هندسی مورد بحث قرار گرفت و توجیه می شدند این بار با توجه به حالت موجی مورد بحث و بررسی قرار گرفت

در سال 1611 کپلر اولین کتاب نورشناخت شکستی را منتشر کرد. او اولین انعکاس داخلی را کشف کرده بود و با یک تقریب زاویه ای جزئی به قانون شکست که در آن زاویه های فرود و تراگسیلی با یکدیگر متناسبند دست یافته بود

ویل برار و اسنل فانون شکست را که مدت ها پوشیده مانده بود در سال 1621 به روش تجربی کشف کرد. اسنل با آگاهی بر انکه چگونه پرتوهای نوری هنگام عبور از مرز بین دو ملأ تغییر جهت می دهد به ناگهان دری به روی نور شناخت کاربردی نوین گشود. دکارت هم اولین کسی بود که قانون شکست را بر حسب سینوس ها که امروزه با آن آشنا هستیم بیان کرد. کتاب دکارت در این زمینه دیوپتریک نام دارد. او می گفت نور چیزی نیست مگر حرکتی مشخص یا کنشی متصور در ماده ای بسیار خالص که تمامی خلل اجسام را پر می کند ( نور همچون فشاری است که از راه ملأ کشسان عبور می کند )

پیردوفرما در اعتراض به فرضیه دکارت قانون شکست را مجدداً از اصل کمترین زمان خود استنتاج کرد. فرما با اختیار حکم کوتاه ترین مسیر هرو به عنوان نقطه عظیمت خود ادعا کرد. نور هنگام انتشار از نقطه ای به نقطه دیگر مسیر خود را چنان انتخاب می کند که آن را در کمترین زمان بپیماید حتی اگر لازم باشد از کوتاه ترین مسیر خود منحرف شود

پدیده پراش یعنی انحراف از انتشار راستخط را که هنگام عبور از یک مانع رخ می دهد و اولین بار گریمالدی مورد توجه قرار داد. او نوارهای نور را در سایه میله ای که چشمه کوچکی آن را روشن کرده بود مشاهده کرد. رابرت هوک اولین کسی بود که نقش های رنگی ناشی از پوسته های نازک را بررسی کرد و اولین مفهوم را که نور حرکت ارتعاشی سریع ملأیی است که با سرعت زیاد منتشر می شود پیشنهاد کرد و افزون بر این هرتپ یا ارتعاش جسم درخشان کره ای را پدید می آورد که همین سرآغاز نظریه موجی بود

نیوتن در سال مرگ گالیله به دنیا آمد. او در مورد ماهیت واقعی نور دو دل بود و به حرکت ذراتی که امروزه فوتون نامیده می شود توجه داشت. او روزنه ای بود که در کرکره اتاق ایجاد کرد و نور عبوری از روزنه را به یک منشور تاباند و در دیوار رنگ ها را مشاهده کرد. او در آزمایش آزمایش اول خود به این نتیجه رسید که نور محتوی پرتوهایی است که قابلیت شکست متفاوتی دارند

در ایام باستان فکر می کردند که نور از چشم به صورت پرتوهایی به جسم می خورد اما نیوتن آن را به صورت پرتابه هایی تصور کرد که از جسم ساطع می شود. در آزمایش بعدی او نور را از یک منشور گذراند بعد پرتوهای رنگی را بر روی منشور دوم با استفاده از عدسی متمرکز کرد به طوری که منشور دوم اثر منشور اول را خنثی می کرد و باریکه نور را به طرف منشور سوم فرستاد و دوباره طیف های رنگی تشکیل داد و نشان داد که از طیف تجزیه شده دوباره می توان نور سفید بدست آورد

نیوتن متوجه شد که مقدار شکست نور با چیزی که امروزه پاشندگی می نامیم یعنی مقدار اختلاف شکست میان پرتوهای قرمز و آبی متناسب است و به این نتیجه رسید که محال است یک عدسی ساخته شود که عیب رنگی نداشته باشد که البته اشتباه بود و دولاند آن را تصحیح کرد. وی دو شیشه را که دارای ضریب شکست متفاوتند طوری کنار هم قرار داد که اثر همدیگر را در تجزیه خنثی می کردند و به یک عدسی بودن عیب رنگی دست یافت

تقریباً همزمان با نیوتن، هویگنس هلندی هم در حال گسترش هر چه بیشتر نظریه موجی بود. هوینگس بر خلاف دگارت، هوک و نیوتن اعتقاد داشت. هر چه محیط چگالتر باشد سرعت نور کمتر است او قوانین بازتابش و شکست را به دست آورد و حتی با استفاده از نظریه موجی خود نور شکست دوگانه در کلسیت را توضیح داد و در حال کار کردن با کلسیت بود که قطبش را بدست آورد. اما رای مسلط نیوتن در خلال قرن هجدهم همچون پوششی بر روی نظریه موجی افتاد و هواداران آن را خاموش کرد

در قرن نوزدهم دکتر توامس یانگ نظریه موجی را دوباره زنده کرد. او توانست فریزهای رنگی پوسته های نازک را توضیح دهد و طول موج رنگ های مختلف را با سود جستن از داده های نیوتن تعیین کند

البته شاید سوالی اینجا می تواند مطرح شود: با اینکه نیوتن به نظریه ای اعتقاد داشت چطور یانگ توانست از نظریه های او کمک بگیرد؛ باید بگوییم که اگر چه نیوتن به نظریه ذره ای اعتقاد داشت اما عملاً حرف هایی می زد که بی ارتباط با نظریه موجی نبود. حتی گاهی اوقات یاریگر نظریه موجی هم بود. مثلاً نیوتن می گفت: ذرات نور وابسته به رنگ های مختلف اتر را به ارتعاش های مختلف برانگیخته می کند. علاوه بر آن رنگ سرخ با بالاترین ارتعاش اتر و رنگ بنفش با کوتاه ترین ارتعاش متناظر است

با کمی دقت درمی یابیم که اگر به جای ذرات، موج را جاگذاری کنیم کاملاً توجیه گر پدیده رنگ هاست. شایان ذکر است که یانگ اصل تداخل را به نظریه موجی اضافه کرد

اگوستین ژان فرنل بی خبر از کوشش های سیزده سال پیش یانگ، مفاهیم موجی هوینگس و اصل تداخل را با هم ترکیب کرد. در آن روزها فرض می شد این موج ها مانند امواج صوتی طولی اند. آراگو یکی از طرفداران نظریه موجی فرنل بود. بر اثر انتقاد مردان نامدار و هواداران نظریه گسیلش همچون پیرسیمون دولاپلاس و ژان بایتیست بیو، نظریه فرنل تاکید ریاضی پذیرفت. او توانست نقش های راش ناشی از مانع ها و روزنه های گوناگون را محاسبه کند و به طور رضایت بخشی انتشار راستخط در محیط های همگن را توضیح دهد

 سرانجام فرنل به تقدم یانگ در زمینه تداخل پی برد و نامه ای به او نوشت و احساس آرامش خود را از هم رای بودن با وی ابراز داشت سپس این دو مرد بزرگ با هم یار شدند

درباره موضوع کلسیت مطرح شد. نیوتن این مورد را نتوانست به طور کامل حل کند. و فقط اینطور توجیه کرد که پرتو نوری دو جانب متقابل دارد. او این مفهوم بی تقارنی را گسترش بخشید. گرچه از هر تفسیری بر حسب ماهیت فرضی نور دوری گزید

در سال 1808 بود که مالوس کشف کرد این دو جانبی بودن نور در بازتابش نیز پدیدار می شود. این پدیده ذات محیط های بلوری نبود. پس از این یانگ آراگو و فرنل آزمایش هایی در جهت تعیین قطبش بر تداخل انجام دادند ولی نتایج حاصل در چارچوب تصویر موج طولی آنها به کلی توجیه ناپذر بود. این سه دانشمند سال ها به این مسئله درگیر بودند تا اینکه سرانجام یانگ اظهار داشت اتری ممکن است همانند ارتعاش یک ریسمان عرضی باشد

 بنابراین دو جانبی بودن ارتعاش نور فقط نمایشی از دو ارتعاش متعامد اتر عمود بر راستای حرکت پرتو است

فاراده در سال 1845 رابطه میان الکترومغناطیس را بنیان گذارد. او این رابطه را هنگامی پیدا کرد که دریافت قطبش یک باریکه را می توان با اعمال یک میدان مغناطیسی قوی بر محیط تغییر دهد. جیمز کلارک ماکسول تمام دانش تجربی آن روز را در مورد این موضوع به صورت مجموعه واحدی از معادلات ریاضی به طور بارزی خلاصه کرد

او در حالی که برای پیدا کردن سرعت نور تلاش می کرد به رابطه ای بر حسب خواص الکتریکی و مغناطیسی دست یافت. به این ترتیب این نتیجه اجتناب ناپذیر بود که نور یک آشفتگی الکترومغناطیسی به شکل امواج است که از طریق اتر منتشر می شود

آلبرت انیشتین نظریه نسبیت خاص خود را در سال 1905 به طور کاملاً مسقل ارائه کرد. او نیز در این اثر خود، فرضیه وجود اتر را رد کرده است. که بنا به گفته خود انیشتین، ارائه یک اتر نو رسان زیاد است زیرا نظریه که در اینجا باید گسترش یابد نیازی به فضای ساکن مطلق ندارد؛ او علاوه بر اینها باز هم فرض کرد که نور همیشه با سرعت متناهی که مستقل از حالت حرکت جسم گسیلنده است در فضای خالی منتشر می شود