İŞiq haqqinda təLİMİN İNKİŞafina dair qisa xülasə. FotometriYA

İŞIQ HAQQINDA TƏLİMİN İNKİŞAFINA DAİR QISA XÜLASƏ. FOTOMETRİYA
Plan:
Optikanın inkişafında qədim dövr
İşığın təbiəti haqqında təlimləin mübarizəsi
İşığın elektromaqnit nəzəriyyəsinin yaranması
İşığın kvant təbiəti
Fotometrik kəmiyyətlər:Işiq seli, Cisim bucağı, İşıq şiddəti,Parlaqlıq, İşıqlıq, İşıqlanma
Fotometrik kəmiyyətlərin energetik və fotometrik vahidləri
Görmə funksiyası, Parkunye effekti
İşiq kəmiyyətlərini ölçmə üsulları
Subyektiv və obyektiv fotometrlər


Optikanın inkişaf tarixinin qısa şərhi. Optika ümumi fizikanın bölmələrindən biri olmaqla işığın yaranma (generasiya) mexanizmini, təbiətini, onun yayılma və maddə ilə qarşılıqlı təsir qanunlarını öyrənməklə məşğuldur. İşıq dedikdə dalğa uzunluğu 0,01¸10⁵ nm aralığında yerləşən elektromaqnit dalğaları başa düşülür. Dalğa uzunluqları 400¸760 nm intervalında yerləşən elektromaqnit dalğaları gözə görmə təsiri göstərir və bu səbəbdən görünən işıq adlanır. Optikanı şərti olaraq həndəsi optikavə fiziki optikabölmələrinə ayırmaq olar. Fiziki optika dalğa optikası, kristallo optika, metalloptika, molekulyar optika, kvant optikasıvə s. bölmələri əhatə edir.
Həndəsi optika işığın yayılma, qayıtma və sınma qanunlarını, bu qanunlara əsaslanmaqla müxtəlif növ obyektlərdə və optik cihazlarda işıq şüalarının yollarını müəyyənləşdirilməklə və optik cihazların işləmə prinsipinin nəzəri əsaslarını işləyib hazırlamaqla məşğul olan elm sahəsidir. Onun təməlində şüa anlayışı durur. Şüa dedikdə işıq enerjisinin yayılma istiqamətini müəyyən edən xətt başa düşülür.
Dalğa optikası işığın dalğa təbiətinə, kvant optikası isə kvant təbiətinə əsaslanan elm sahələridir. Molekulyar optika isə maddənin molekulyar quruluşunu nəzərə almaqla işığın maddə ilə qarşılıqlı təsirini və bu təsir nəticəsində meydana gələn optik hadisələri öyrənən elm sahəsidir. Bunlardan ən qədim tarixə malik olanı həndəsi optikadır.
Bütün bu deyilənləri sübut etmək üçün optikanın inkişafı ilə əlaqədar bəzi tarixi məqamlara qısa nəzər salaq.
Optikanın inkişaf tarixini bir neçə mərhələyə ayırmaq olar: Qədim dövr (qədim zamanlardan eramızın başlanğıcına qədər), Orta əsr dövrü (eramızın başlanğıcından 16-cı əsrin sonunadək) və Yeni dövr (17-ci əsrdən bu günədək).
İşığın təbiəti haqqında ilk fikirlər hələ qədim dövrlərdə Misir və yunan alimləri tərəfindən söylənmişdir. Eramızdan əvvəl 540-cı ildə Pifaqor (e.ə. 580-500-cü illər) və bundan bir qədər sonra – eramızdan əvvəl 490-cı illərdə Empedokl işığın təbiəti haqqında özlərinə məxsus və daban-dabana bir-birinə zidd fikirlər söyləməklə cisimləri hansı səbəbdən görə bilməmizi izah etməyə çalışmışlar. Pifaqora görə cisimləri görməmiz gözümüzdən çıxan “qaynar buxar”la əlaqədardır. Bundan təxminən 250 il sonra Evklid (e.ə. 300-cü il) Pifaqorun irəli sürdüyü fikri inkişaf etdirərək görməni gözümüzdən çıxaraq cismin üzərinə düşən “görmə şüaları” ilə əlaqələndirmişdir. Empedokla görə isə görmənin səbəbi cisimdən çıxaraq gözümüzə düşən “qurdalayıcılar”ın görmə təsiri yaratmasıdır. Demokrit (e.ə.460-370 –ci illər) Empedoklun bu fikrini daha da inkişaf etdirməklə görməni cisimdən qoparaq gözümüzə düşən atomlarla əlaqələndirmişdir. Aristotel (e.ə. 384-322-ci illər) işığın təbiəti haqqında söylənən bu fikirlərə qarşı qəti etiraz edərək bildirmişdir ki, işıq obyektlə gözümüz arasında mühitin həyəcanlanmasından ibarətdir. Aristotelə görə görməyə səbəb gözlə müşahidə etdiyimiz obyekt arasındakı şəffaf mühitdə həyəcanlanmanın yayılmasıdır. Onun bu iddiasına işıq ötürən mühit – efir təliminin təməli kimi də baxmaq olar. Söylənən bütün bu fikirlər heç bir təcrübi fakta əsaslanmadığından fərziyyə olaraq qalmaqda davam etdi.
Pifaqor, Empedokl və Aristotel dövründə ciddi təcrübi faktlar mövcud olunmadığından optika qanunlarından söhbət gedə bilməzdi. Təcrübi faktlara dayanan ümumiləşdirmələr yalnız Platon (eramızdan əvvəl 428-348-ci illər) dövründən etibarən aparılmağa başlamışdır. Məhz belə sistemləşdirmə və təcrübi faktların təhlili nəticəsində həndəsi optikanın əsas qanunlarından biri olan işığın düzxətli yayılması bu dövrdə müəyyənləşdirilmişdir. Həndəsi optikanın digər əsas qanunu – işığın qayıtma qanunu (qayıtma bucağının düşmə bucağına bərabər olması) da bu dövrün məhsuludur. Bu qanunlardan xəbərdar olan Platon cisimlərin xəyalını qurma nəzəriyyəsini yaratmaqla məşğul olmuşdur. Onu da qeyd edək ki, bu dövrdə Günəş şüalarını fokuslamaqla od əldə etmək üçün kürəşəkilli şüşədən istifadə olunmuşdur.
İşığın düzxətli yayılma və qayıtma qanunlarının eramızdan 430 il əvvəl Platon məktəbinin nümayəndələrinə məlum olmasına baxmayaraq, işığın düzxətli yayılması bir qanun kimi ilk dəfə öz əksini Evklidin (eramızdan təxminən 300 il əvvəl) “Optika” və “Katoptrika” (işığın qayıtması haqqında elm) əsərlərində tapmışdır. Həndəsə ilə şüa optikası arasındakı oxşarlığı dərindən dərk edən Evklid düzxətli işıq şüası anlayışından istifadə edərək müasir həndəsi optikanın əsasını qoymuşdur. Bu səbəbdən Evklid işığın düzxətli yayılma və qayıtma qanunlarının banisi sayıla bilər.
Optika sahəsində növbəti mühüm addım Arximed (e.ə.287-212-ci illər) tərəfindən atılmışdır. Onun yazdığı “Katoptrika” kitabında güzgü səthlərdən qayıdan şüaların yaratdığı xəyalların nəzəriyyəsi verilmişdir. Arximed işığın sınması ilə də məşğul olmuşdur. O, işığın havadan suya yayılması zamanı sınmanı tədqiq etmiş, düşmə bucağının müxtəlif qiymətlərində sınma bucaq-larını ölçmüşdür.
E ramızdan əvvəl təxminən 150-ci illərdə Heron isbat etmişdir ki, güzgüdən qayıdan şüanın “seçdiyi yol” mümkün olan yollardan ən qısasıdır. Bu nəticə 17-ci əsrin ortalarında fransız riyaziyyatçısı Ferma tərəfindən müəyyən olunan Ferma prinsipinə uyğun gələn nəticədir.
İ şığın sınma hadisəsini qanun şəklinə salmaq cəhdi eramızdan 120 il əvvəl Misir astronomu Ptolemey (e.ə.90-160-cı illər) tərəfindən olmuşdur. O, işığın havadan müxtəlif mühitlərə düşərək yayılmasınıtədqiq etməklə düşmə və sınma bucaqlarını ölçmüş və müvafiq refraksiya (sınma) cədvəli tərtib etmişdir. Ptolemey ölçmələri düşmə bucağının yalnız kiçik qiymətlərində apardığından, düşmə və sınma bucaqlarının düz mütənasib olması kimi yanlış nəticəyə gəlmişdir. Sınma qanunu olduğundan (i düşmə bucağı, r sınma bucağı n isə mühitin nisbi sındırma əmsalıdır) sınma və düşmə bucaqlarının çox kiçik qiymətlərində bucağın sinusunu özü ilə əvəz etmək mümkün olduğundan, sınma və düşmə bucaqlarının bir-biri ilə düz mütənasibliyi alınır. Belə əvəzləmə bucağın böyük qiymətlərində mümkün olmadığından, alınan nəticəniyalnız bucağın çox kiçik qiymətlərinə aid etmək olur.
Sınma qanunu ilk dəfə XVI əsrin sonunda Hollandiya riyaziyyatçısı, fiziki və astronomu Villebrod Snel tərəfindən müəyyən olunmuşdur. O, göstərmişdir ki, düşmə və sınma bucaqları sinuslarının nisbəti verilmiş iki mühit üçün sabit kəmiyyətdir. Dekart isə XVII əsrin ortalarında işığın sınma qanununun riyazi ifadəsini vermişdir. Qeyd etmək lazımdır ki, Snel işığın sınmasına dair əldə etdiyi nəticələri çap etdirmədiyindən, həmin nəticələrin Dekarta məlum olub-olmamağı haqqında dəqiq fikir söyləmək olmur.
Əsrimizin II-VII yüzillikləri dövründə optika sahəsində ara-sıra olsa da müəyyən nəticələr əldə edilmişdir. Sonralar ərəblərin elmlə ciddi məşğul olma dövrü (800-cü illərdən sonra) başlanmış və maraq təşkil edən bir sıra nəticələr əldə olunmuşdur. Qərbi Avropada Alqazen adı ilə məşhur olan ərəb alimi Ibn-Əl-Xaysam (1038-ci il) optika sahəsində ciddi elmi işlər görərək hətta bu gün öz əhəmiyyətini itirməyən maraqlı fikirlər (işığın sonlu sürətlə yayılması, düşmə və sınma bucaqlarının bir-biri ilə mütənasib olmamağı, görmənin cisimlərdən çıxaraq gözümüzədüşən şüalarla əlaqədar olması və s.) söyləmişdir.
X VII əsrin başlanğıcında Kepler (1546-1601) işığın təbiəti haqqında fikir söyləmişdir. Keplerə görə işıq maddə (mənbə) tərəfindən şüalanan zərrəciklərdən ibarətdir. Bununla bərabər o, işığın yayılmasını ani proses kimi qəbul etmişdir, başqa sözlə işığın sonsuz sürətlə yayılma iddiasını irəli sürmüşdür.
Nyuton (1642-1727) müşahidələrə və apardığı təcrübələrə əsaslanaraq işığın təbiəti haqqında özünəməxsus nəzəriyyə irəli sürmüşdür. O, bir-birinə zidd olan iki hipotezi təhlil etmişdir. Hipotezlərdən birinə görə işıq dalğa enerjisidir. Nyutonun bu fikrə gəlməsinin səbəbini səs və su dalğaları kimi işığın da maneələri aşa bilməsi (difraksiya hadisəsi) faktlarının ona məlum olması ilə izah etmək olar. Bunun digər səbəbi olaraq Nyuton özünün hazırladığı qurğu (paralel üzlü şüşə lövhə üzərinə qoyulmuş müstəvi-qabarıq linzadan ibarət sistem) vasitəsilə ilk dəfə müşahidə etdiyi “Nyuton halqaları”nı (indi bizim başa düşdüyümüz interferensiya mənzərəsini) izah edərkən işığın periodikliyini müəyyən etməsini göstərmək olar. Nyuton işığın periodikliyi ilə korpuskulyar nəzəriyyə arasında heç bir ziddiyyət görmürdü. Nyutona görə işığın periodikliyi, işıq korpuskullarının öz oxları ətrafındakı fırlanmaları ilə əlaqədardır. Fırlanma müəyyən tezliklə baş verdiyindən, öz oxu ətrafında fırlanmanın bir periodu müddətində korpuskulun getdiyi yola hazırda bizim qəbul etdiyimiz dalğa uzunluğu kimi baxmaq olar. Onu da qeyd etmək lazımdır ki, Nyuton dalğa uzunluğu anlayışını qəbul etməmişdir. Dalğa uzunluğu anlayışını qəbul etməyən Nyuton görün özünün məşhur “Optika” kitabında işığın dalğa təbiəti haqqında hansı siqnallar verir: “Güman etmək olar ki, korpuskulların müxtəlif növ rəqslərinə uyğun gələn şüalar müxtəlif enə (görünür, rəqsin eni dedikdə, Nyuton hazırda bizim qəbul etdiyimiz dalğa uzunluğunu nəzərdə tutmuşdur - N. Qocayev) malikdir. Müxtəlif hava rəqslərinin hər biri özünə uyğun müxtəlif səs duyğuları yaratdığı kimi korpuskulların rəqsləri də öz enlərinə uyğun müxtəlif rəng duyğuları yaradır. Düşünmək olar ki, ən qısa rəqslərə uyğun gəlməklə ən çox sınan şüa bənövşəyi rəng, ən geniş rəqslərə uyğun gəlməklə ən az sınan şüa isə qırmızı rəng hissi yaradır”.
Nyuton işığın kiçik ölçülü maneələri aşdığını bilsə də, ölçüləri işığın dalğa uzunluğundan çox böyük olan qeyri-şəffaf maneə arxasında yerləşən cisimlərin görünməməyini işığın maneəni aşa bilməməyi ilə izah edirdi. Elə bu səbəbdən Nyuton işığın dalğa təbiətli olması fikrindən əl çəkərək korpuskulyar nəzəriyyəniirəli sürmüşdür. Nyutonun korpuskulyar nəzəriyyəyə üstünlük verməsinin mühüm səbəblərindən biri də ətalət qanununu (Nyutonun birinci qanununu) işıq hadisələrinə tətbiq etməsidir. Nyuton bilirdi ki, cismə ( baxılan halda korpuskula) yekun qüvvə təsir etmədikdə o düzxətli hərəkət edir. Digər tərəfdən o, bilirdi ki işıq bircins mühitdə düz xətt boyunca yayılır. Ona görə də Nyuton hər iki hadisəni müqayisə edərək onlar arasında oxşarlığın olmasını əsas götürməklə belə nəticəyə gəlmişdir: işıq korpuskullardan ibarətdir. Nyutona görə bircins mühitdə işıq hissəciklərinə - işıq korpuskullarına yekun qüvvə təsir etmədiyindən, ətalət qanununa uyğun olaraq işıq düz xətt boyunca yayılır. Beləliklə, Nyutonun korpuskulyar nəzəriyyəsinə görə işıq bircins mühitdə düzxətli bərabərsürətli hərəkət edən korpuskullardan (zərrəciklərdən) ibarətdir.
O, işığın korpuskulyar nəzəriyyəsinə üstünlük verərək dalğa iddiasını qəbul etməsə də, korpuskulyar nəzəriyyənin mütləqliyinə də iddialı deyildi, işığın korpuskulyar nəzəriyyəsinə üstünlük versə də, onun dalğa təbiətli ola bilməsinə də işarələr verir. Bəlkə də, Nyuton hələ o zaman işığın ikili xassəyə (dualizmə) malik olmasını görürdü. İlk dəfə Nyuton tərəfindən aparılan təcrübələrlə müşahidə olunan işığın dispersiyası hadisəsi korpuskulyar nəzəriyyənin köməyi ilə izah olunmuşdur. Nyutona görə rənglər daşıyıcı korpuskulların rəqslərinin eni ilə müəyyən olunur – qırmızı rəngə rəqslərinin eni ən böyük, bənövşəyi rəngə isə rəqslərinin eni ən kiçik olan korpuskullar uyğun gəlir.
Korpuskulyar nəzəriyyə işığın düzxətli yayılma, qayıtma və sınma qanunlarını da izah edə bilir. Bu nəzəriyyəyə görə işığın qayıtması kürənin tərpənməz divarla elastik toqquşması nəticəsində qayıtmasına oxşar baş verir, yəni düşmə və qayıtma bucaqları bərabərdir. Sınma qanununa gəldikdə isə Nyuton onu iki şəffaf mühit sərhədinə düşən korpuskulun seyrək mühitdən nisbətən sıx mühitə daxil olaraq yayılması zamanı sərhəd səthinə endirilmiş perpendikulyara yaxınlaşması (cazibənin sıx mühitdə güclənməsi ilə əlaqədar) ilə izah etmişdir.
Nyutonun optika sahəsindəki mühüm işlərindən biri 1701-ci ildə nəşr etdirdiyi “Optika” kitabıdır. Bu kitab əsasən optika sahəsində Nyutona qədər görülən işlərin şərhi olsa da, orada Nyutonun dərin mülahizələri və gəldiyi nəticələr də öz əksini tapmışdır.
Hüygensin işlərini nəzərə almasaq, Nyutona qədər optika sahəsində məhdud sayda faktlar məlum idi. Nyutona qədər şüa anlayışı müəyyənləşmiş, işığın qayıtma və sınma hadisələri müşahidə olunmuş, düşmə, qayıtma və sınma bucaqları anlayışları müəyyənləşdirilmişdi. Əvvəllər qeyd etdiyimiz kimi, həndəsi optikanın 4 əsas qanunu hələ qədim zamanlar müəyyən olunmuşdu. Linza və sferik səthlərdən işığın qayıtması və sınması müəyyənləşdirilmiş, fokus anlayışının mahiyyəti tam aydınlaşdırılmışdır.