اثبات غیر خطی بودن اثر داپلر در نور پس از پنجاه سال
فیزیکدان باتجربه پروفسور توماس زنگراف و دو همکار او از دانشگاه بیرمنگام، دکتر گوژین لی و پروفسور شوانگ ژانگ، پس از ۵۰ سال، اثر غیر خطی بودن داپلر را برای اولین بار اثبات کردند.
به گزارش کلیک، اثر دوپلر در دنیای واقعی هم قابل تجربه است. مانند صدای آژیر آمبولانس، که با نزدیک شدن خودرو صدا زیاد شده و با دور شدن، صدا کم می گردد. این به خاطر تغییر طول موج امواج صوتی، که در طول حرکت منبع، صدا را فشرده یا کشیده می نماید.
این اثر شامل تمام انواع امواج، از جمله امواج نوری می باشد. به طور مشابه، همان گونه که یک ستاره از زمین دور می شود، دنباله ای از امواج نوری از آن کشیده می گردد، که یعنی دارای طول موج نوری است. در مقابل، یک موج نوری از یک ستاره نزدیک به زمین فشرده خواهد شد، که باعث تولید نور با طیف آبی رنگ می گردد.
در سال ۱۸۴۲، فیزیکدان مسیحی اتریشی آندریاس داپلر این اثر نوری را در مقاله خود "نور های رنگی از ستاره های دو جداره و برخی دیگر از ستارگان آسمان" پیش بینی کرد و این پدیده به انجمن سلطنتی علوم در پراگ ارائه شد.
سه سال بعد، فیزیکدان هلندی کریستف اچ. دی. نظریه اثر دوپلر را رد و یک آزمایش دیدنی و جذاب تدارک دید. او از سریع ترین ابزار حمل و نقل در آن زمان که راه آهن بود، استفاده کرد.
یک نوازنده ترومپت بر روی یک قطار در حال حرکت، ترومپت می نواخت، در حالی که دیگر نوازندگان که در کنار مسیر استاده بودند، به نت ها و موسیقی وی گوش می دادند. جابه جایی مکانی صدا و تفاوت نت ها در آن چه نوازندگان ارائه کردند بسیار متفاوت بود.
امروزه با استفاده از نظریه داپلر تعداد بسیار زیادی از دستاوردهای فناوری در زمینه هایی مانند اندازه گیری سرعت از طریق دوربین های ترافیک، GPS، و اندازه گیری سونوگرافی از سرعت جریان خون در بدن انسان ساخته شده است. علاوه بر این، نظریه داپلر نقش کلیدی در چنین پدیده کوانتومی مهم به عنوان گسترش خطوط طیفی و به دام انداختن و خنک کردن اتم با کمک نور لیزر ایفا کرده است.
علاوه بر این نظریه داپلر، یک نظریه داپلر چرخشی برای حرکت چرخشی اشیاء وجود دارد. این اثر منجر به یک تحول از طول موج بسته به سرعت چرخش دورانی است، و می تواند در اندازه گیری فرکانس چرخشی تلاطم هوا، مولکول ها و اجرام نجومی استفاده شود.
در سال ۱۹۶۸، چند سال پس از اختراع لیزر، نظریه داپلر چرخشی جدیدی توسط برنده جایزه نوبل، نیکلاس بلومبرگن برای چرخش اشیاء تحت شدت نور بالا منتشر شد. نزدیک به ۵۰ سال بعد، این اثر برای اولین بار در آزمایشگاه به نمایش گذاشته شد. علت این فاصله زمانی زیاد نداشتن امکانات فنی لازم و مورد نیاز برای انجام این آزمایش بود.
پروفسور توماس زنگراف در خصوص این آزمایش توضیح داد: با توجه به تغییر طول موج های کوچک بر اثر غیر خطی بودن، بسیار دشوار است که آن را در یک آزمایش به طور مستقیم مشاهده کنید. این امر به علت سرعت کم چرخش اشیاء نسبت به سرعت نور است. حتی در آزمایشگاه، تغییر چنین طول موج کوچکی نمی تواند به طور مستقیم اندازه گیری گردد.
وی در ادامه توضیح می دهد: برای این که در نتیجه آزمایش به آن چه مورد نظرمان بود برسیم، از نوعی برهم نهی خاص بین دو موج نور، به نام "تداخل" استفاده کردیم، استفاده از این برهم نهی باعث شد تغییر طول موج مشخص گردد.
این اثبات نشان دهنده یک گام مهم در بررسی نظریه های فعلی است. با آزمایش های صورت گرفته در دانشگاه پادربورن و دانشگاه بیرمنگام، زمینه برای اثبات نظریه های بیشتر فراهم گردیده، به طوری که حتی این دانشگاه ها اعلام کرده اند، آمادگی همکاری برای هرگونه آزمایشی را دارند. در آینده، اثبات این نظریه می تواند کاربرد گسترده ای در زمینه مطالعه پلاسما، لیزر و حرکات چرخشی مولکول ها داشته باشد.
منبع: phys
نظرها