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Studium und Erklärung der Farbe der Himmelsdarstellung. Erkunden und Erklären - PowerPoint PPT-Präsentation. Zu unterschiedlichen Zeiten aufgestellte Hypothesen

Freude zu sehen und zu verstehen
ist das schönste Geschenk der Natur.
Albert Einstein

Geheimnis des Himmelblaus

Warum ist der Himmel blau? ...

Es gibt keinen Menschen, der nicht mindestens einmal in seinem Leben darüber nachgedacht hat. Mittelalterliche Denker versuchten, den Ursprung der Farbe des Himmels zu erklären. Einige von ihnen schlugen vor, dass Blau die wahre Farbe der Luft oder einiger ihrer Gase sei. Andere dachten, die wahre Farbe des Himmels sei schwarz, so wie er nachts aussieht. Tagsüber wird dem Weiß die schwarze Farbe des Himmels hinzugefügt - die Sonnenstrahlen, und es wird ... blau.

Jetzt werden Sie vielleicht keine Person treffen, die, um blaue Farbe zu bekommen, Schwarz und Weiß mischen würde. Und es gab eine Zeit, da waren die Gesetze der Farbmischung noch unklar. Sie wurden erst vor dreihundert Jahren von Newton installiert.

Newton interessierte sich auch für das Geheimnis des azurblauen Himmels. Er begann damit, alle bisherigen Theorien zurückzuweisen.

Erstens, argumentierte er, ergibt eine Mischung aus Weiß und Schwarz niemals Blau. Zweitens ist Blau überhaupt nicht die wahre Farbe der Luft. Wenn dies der Fall wäre, würden Sonne und Mond bei Sonnenuntergang nicht rot erscheinen, wie sie wirklich sind, sondern blau. Die Gipfel ferner schneebedeckter Berge hätten so ausgesehen.

Stellen Sie sich vor, die Luft sei gefärbt. Auch wenn es sehr schwach ist. Dann würde eine dicke Schicht davon wie farbiges Glas wirken. Und wenn Sie durch farbiges Glas schauen, erscheinen alle Objekte in der gleichen Farbe wie dieses Glas. Warum erscheinen uns ferne schneebedeckte Gipfel rosa und überhaupt nicht blau?

Im Streit mit seinen Vorgängern war die Wahrheit auf Newtons Seite. Er bewies, dass die Luft nicht gefärbt ist.

Aber das Rätsel des azurblauen Himmels löste er trotzdem nicht. Er war verwirrt vom Regenbogen, einem der schönsten, poetischsten Naturphänomene. Warum taucht es plötzlich auf und verschwindet genauso plötzlich? Newton konnte sich mit dem vorherrschenden Aberglauben nicht zufrieden geben: Ein Regenbogen ist ein Zeichen von oben, er deutet auf gutes Wetter hin. Er suchte nach der materiellen Ursache jedes Phänomens. Er fand auch die Ursache des Regenbogens.

Ein Regenbogen entsteht durch Lichtbrechung in Regentropfen. Als Newton dies erkannte, konnte er die Form des Regenbogenbogens berechnen und die Abfolge der Farben im Regenbogen erklären. Seine Theorie konnte nicht nur das Auftreten eines doppelten Regenbogens erklären, aber dies gelang erst drei Jahrhunderte später mit Hilfe einer sehr komplexen Theorie.

Der Erfolg der Regenbogentheorie faszinierte Newton. Er schloss fälschlicherweise, dass die blaue Farbe des Himmels und des Regenbogens auf dieselbe Ursache zurückzuführen seien. Ein Regenbogen leuchtet wirklich auf, wenn die Sonnenstrahlen einen Schwarm Regentropfen durchbrechen. Aber das Blau des Himmels ist nicht nur im Regen sichtbar! Im Gegenteil, bei klarem Wetter, wenn es nicht einmal ein Hauch von Regen gibt, ist der Himmel besonders blau. Wie konnte der große Wissenschaftler das nicht bemerken? Newton dachte, dass die kleinsten Wasserbläschen, die nach seiner Theorie nur den blauen Teil des Regenbogens bilden, bei jedem Wetter in der Luft schweben. Aber das war eine Täuschung.

Erste Entscheidung

Fast 200 Jahre sind vergangen, und ein anderer englischer Wissenschaftler, Rayleigh, griff dieses Thema auf, ohne Angst zu haben, dass selbst der große Newton der Aufgabe nicht gewachsen war.

Rayleigh studierte Optik. Und Menschen, die ihr Leben dem Studium des Lichts gewidmet haben, verbringen viel Zeit im Dunkeln. Fremdlicht stört die subtilsten Experimente, deshalb sind die Fenster des optischen Labors fast immer mit schwarzen, undurchdringlichen Vorhängen verhängt.

Rayleigh blieb stundenlang allein in seinem düsteren Labor, während Lichtstrahlen aus den Instrumenten entwichen. Im Strahlengang wirbelten sie wie lebende Staubpartikel. Sie waren hell erleuchtet und heben sich dadurch von einem dunklen Hintergrund ab. Der Wissenschaftler folgte, vielleicht lange nachdenklich, ihren fließenden Bewegungen, so wie ein Mensch die Funken in einem Kamin beobachtet.

Waren es nicht diese Staubpartikel, die in den Lichtstrahlen tanzten, die Rayleigh eine neue Idee über den Ursprung der Himmelsfarbe nahelegten?

Schon in der Antike war bekannt, dass sich Licht geradlinig ausbreitet. Diese wichtige Entdeckung könnte von einem primitiven Menschen gemacht worden sein, der beobachtete, wie die Sonnenstrahlen, die durch die Ritzen einer Hütte brachen, auf die Wände und den Boden fielen.

Aber ihn störte kaum der Gedanke, warum er Lichtstrahlen sieht, wenn er sie von der Seite betrachtet. Und hier ist etwas zu denken. Schließlich ist Sonnenlicht ein Strahl von der Ritze bis zum Boden. Das Auge des Betrachters befindet sich abseits und sieht dennoch dieses Licht.

Wir sehen auch das Licht eines Suchscheinwerfers, der auf den Himmel gerichtet ist. Das bedeutet, dass ein Teil des Lichts irgendwie vom direkten Weg abweicht und zu unserem Auge gelangt.

Was bringt ihn dazu, vom Weg abzukommen? Es stellt sich heraus, dass die gleichen Staubpartikel die Luft füllen. Strahlen, die von einem Staubkörnchen gestreut werden, treten in unser Auge ein, die, wenn sie auf Hindernisse treffen, von der Straße abbiegen und sich geradlinig von dem gestreuten Körnchen zu unserem Auge ausbreiten.

„Färben diese Staubpartikel den Himmel blau?“ dachte Rayleigh eines Tages. Er rechnete nach, und aus der Vermutung wurde Gewissheit. Er fand eine Erklärung für die blaue Farbe des Himmels, die roten Dämmerungen und den blauen Dunst! Nun, natürlich streuen die kleinsten Staubpartikel, deren Abmessungen kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind, das Sonnenlicht, und zwar umso stärker, je kürzer die Wellenlänge ist, verkündete Rayleigh 1871. Und da violette und blaue Strahlen im sichtbaren Sonnenspektrum die kürzeste Wellenlänge haben, streuen sie am stärksten und verleihen dem Himmel eine blaue Farbe.

Die Sonne und die schneebedeckten Gipfel gehorchten Rayleighs Berechnung. Sie bestätigten sogar die Theorie des Wissenschaftlers. Bei Sonnenauf- und -untergang, wenn das Sonnenlicht die größte Dichte der Luft durchdringt, werden violette und blaue Strahlen am stärksten gestreut, sagt Rayleighs Theorie. Gleichzeitig weichen sie vom direkten Weg ab und fallen dem Betrachter nicht ins Auge. Der Beobachter sieht hauptsächlich rote Strahlen, die viel schwächer streuen. Daher erscheint uns die Sonne bei Sonnenauf- und -untergang rot. Aus dem gleichen Grund erscheinen auch die Gipfel entfernter schneebedeckter Berge rosa.

Beim Blick in den klaren Himmel sehen wir blau-blaue Strahlen, die durch Streuung von einem geraden Weg abweichen und in unsere Augen fallen. Und auch der Dunst, den wir manchmal in Horizontnähe sehen, erscheint uns blau.

Ärgerliche Kleinigkeit

Ist das nicht eine schöne Erklärung? Rayleigh selbst war davon so hingerissen, die Wissenschaftler waren so erstaunt über die Harmonie der Theorie und Rayleighs Sieg über Newton, dass keiner von ihnen eine einfache Sache bemerkte. Und diese Kleinigkeit dürfte ihre Einschätzung jedoch komplett geändert haben.

Wer will leugnen, dass abseits der Stadt, wo viel weniger Staub in der Luft liegt, das Blau des Himmels besonders klar und leuchtend ist? Rayleigh selbst fiel es schwer, dies zu leugnen. Also... streuen Staubpartikel nicht Licht? Dann was?

Er hat noch einmal alle seine Berechnungen überarbeitet und sich vergewissert, dass seine Gleichungen korrekt waren, aber das bedeutet, dass Staubpartikel wirklich keine Streupartikel sind. Darüber hinaus sind die in der Luft vorhandenen Staubpartikel viel größer als die Wellenlänge des Lichts, und Rayleighs Berechnungen überzeugten Rayleigh, dass eine große Ansammlung von ihnen das Blau des Himmels nicht verstärkt, sondern im Gegenteil schwächt. Die Streuung von Licht durch große Partikel hängt schwach von der Wellenlänge ab und verursacht daher keine Änderung seiner Farbe.

Wenn Licht von großen Partikeln gestreut wird, bleiben sowohl das gestreute als auch das durchgelassene Licht weiß, sodass das Erscheinen großer Partikel in der Luft dem Himmel eine weißliche Farbe verleiht und die Ansammlung einer großen Anzahl großer Tröpfchen die weiße Farbe von Wolken und Wolken verursacht Nebel. Dies lässt sich leicht an einer normalen Zigarette überprüfen. Der Rauch, der seitlich aus dem Mundstück austritt, erscheint immer weißlich, und der Rauch, der an seinem brennenden Ende aufsteigt, hat eine bläuliche Farbe.

Die kleinsten Rauchpartikel, die aus dem brennenden Ende einer Zigarette aufsteigen, sind kleiner als die Wellenlänge des Lichts und streuen gemäß der Theorie von Rayleigh überwiegend Violett und Blau. Beim Passieren enger Kanäle in der Dicke des Tabaks bleiben Rauchpartikel jedoch zusammen (koagulieren) und vereinigen sich zu größeren Klumpen. Viele von ihnen werden größer als die Lichtwellenlänge und streuen alle Lichtwellenlängen ungefähr gleich. Deshalb erscheint der seitlich aus dem Mundstück kommende Rauch weißlich.

Ja, es war sinnlos, eine auf Staubpartikeln basierende Theorie zu argumentieren und zu verteidigen.

So tauchte das Geheimnis der blauen Farbe des Himmels erneut vor Wissenschaftlern auf. Aber Rayleigh gab nicht auf. Wenn die blaue Farbe des Himmels umso reiner und heller ist, je reiner die Atmosphäre ist, so argumentierte er, dann kann die Farbe des Himmels nicht auf etwas anderem als den Molekülen der Luft selbst beruhen. Luftmoleküle, schrieb er in seinen neuen Artikeln, seien die kleinsten Teilchen, die das Licht der Sonne streuen!

Rayleigh war diesmal sehr vorsichtig. Bevor er über seine neue Idee berichtete, beschloss er, sie zu testen, die Theorie irgendwie mit Erfahrung zu überprüfen.

Die Chance bot sich 1906. Rayleigh wurde von dem amerikanischen Astrophysiker Abbott unterstützt, der am Observatorium auf dem Mount Wilson das blaue Leuchten des Himmels untersuchte. Abbott verarbeitete die Ergebnisse der Messung der Helligkeit des Himmelsglühens auf der Grundlage der Rayleigh-Streuungstheorie und berechnete die Anzahl der Moleküle, die in jedem Kubikzentimeter Luft enthalten sind. Es ist eine riesige Zahl geworden! Es genügt zu sagen, dass, wenn Sie diese Moleküle an alle Erdbewohner verteilen, jeder mehr als 10 Milliarden dieser Moleküle erhalten wird. Kurz gesagt, Abbott fand heraus, dass jeder Kubikzentimeter Luft bei normaler atmosphärischer Temperatur und normalem Druck 27 Milliarden mal eine Milliarde Moleküle enthielt.

Die Anzahl der Moleküle in einem Kubikzentimeter Gas lässt sich auf unterschiedliche Weise anhand völlig unterschiedlicher und voneinander unabhängiger Phänomene bestimmen. Alle führen zu eng übereinstimmenden Ergebnissen und ergeben eine Zahl, die als Loschmidt-Zahl bezeichnet wird.

Diese Zahl ist den Wissenschaftlern gut bekannt und diente mehr als einmal als Maß und Kontrolle zur Erklärung der in Gasen auftretenden Phänomene.

Und nun stimmte die Zahl, die Abbot bei der Messung des Himmelsglühens erhielt, mit großer Genauigkeit mit der Zahl von Loschmidt überein. Aber er verwendete die Rayleigh-Streuungstheorie in seinen Berechnungen. Somit wurde eindeutig bewiesen, dass die Theorie richtig ist, dass molekulare Lichtstreuung existiert.

Es schien, dass Rayleighs Theorie durch die Erfahrung zuverlässig bestätigt wurde; alle Gelehrten hielten es für tadellos.

Es wurde allgemein anerkannt und fand Eingang in alle Lehrbücher der Optik. Man konnte aufatmen: Endlich wurde eine Erklärung für das Phänomen gefunden – so vertraut und gleichzeitig mysteriös.

Umso überraschender, dass 1907 auf den Seiten einer bekannten wissenschaftlichen Zeitschrift erneut die Frage gestellt wurde: Warum ist der Himmel blau?!

Disput

Wer wagte es, die allgemein akzeptierte Rayleigh-Theorie in Frage zu stellen?

Seltsamerweise war es einer der leidenschaftlichsten Fans und Bewunderer von Rayleigh. Vielleicht hat niemand Rayleigh so geschätzt und verstanden, kannte seine Arbeit nicht so gut, interessierte sich nicht für seine wissenschaftliche Arbeit wie der junge russische Physiker Leonid Mandelstam.

- In der Natur des Geistes von Leonid Isaakovich - erinnerte sich später an einen anderen sowjetischen Wissenschaftler, den Akademiemitglied N.D. Papaleksi - hatte viel mit Rayleigh gemeinsam. Und es ist kein Zufall, dass die Wege ihres wissenschaftlichen Schaffens oft parallel verliefen und sich immer wieder kreuzten.

Diesmal bekreuzigten sie sich bei der Frage nach der Herkunft der Himmelsfarbe. Zuvor interessierte sich Mandelstam hauptsächlich für Funktechnik. Zu Beginn unseres Jahrhunderts war dies ein völlig neues Wissenschaftsgebiet, und nur wenige Menschen verstanden es. Nach der Entdeckung von A.S. Popov (1895) waren nur wenige Jahre vergangen, und es gab unendlich viel Arbeit. Mandelstam führte in kurzer Zeit viele ernsthafte Forschungen auf dem Gebiet der elektromagnetischen Schwingungen in Bezug auf funktechnische Geräte durch. 1902 verteidigte er seine Dissertation und erhielt im Alter von 23 Jahren den Doktortitel der Naturphilosophie der Universität Straßburg.

Mandelstam befasste sich mit Fragen der Anregung von Radiowellen und studierte natürlich die Arbeiten von Rayleigh, der eine anerkannte Autorität in der Erforschung von Schwingungsprozessen war. Und der junge Arzt lernte unfreiwillig das Problem kennen, den Himmel zu färben.

Aber Mandelstam, der sich mit dem Problem der Himmelsfärbung vertraut gemacht hatte, zeigte nicht nur den Irrtum oder, wie er selbst sagte, die "Unzulänglichkeit" der allgemein anerkannten Rayleigh-Theorie der molekularen Lichtstreuung, sondern enthüllte nicht nur das Geheimnis des Blaus Farbe des Himmels, sondern legte auch den Grundstein für Forschungen, die zu einer der wichtigsten Entdeckungen der Physik des 20. Jahrhunderts führten.

Und alles begann mit einem Streit in Abwesenheit mit einem der größten Physiker, dem Vater der Quantentheorie, M. Planck. Als Mandelstam Rayleighs Theorie kennenlernte, fesselte sie ihn mit ihrer Zurückhaltung und ihren inneren Paradoxien, die der alten, sehr erfahrenen Rayleigh zur Überraschung des jungen Physikers nicht auffielen. Die Unzulänglichkeit von Rayleighs Theorie wurde besonders deutlich bei der Analyse einer anderen Theorie, die auf ihrer Grundlage von Planck aufgebaut wurde, um die Dämpfung von Licht zu erklären, wenn es durch ein optisch homogenes transparentes Medium geht.

In dieser Theorie wurde davon ausgegangen, dass die Moleküle der Substanz, durch die Licht hindurchgeht, die Quellen von Sekundärwellen sind. Um diese Sekundärwellen zu erzeugen, argumentierte Planck, wird ein Teil der Energie der vorbeilaufenden Welle verbraucht, die dann abgeschwächt wird. Wir sehen, dass diese Theorie auf der Rayleigh-Theorie der molekularen Streuung basiert und sich auf ihre Autorität verlässt.

Der einfachste Weg, die Essenz der Materie zu verstehen, ist die Betrachtung der Wellen auf der Wasseroberfläche. Trifft eine Welle auf stationäre oder schwimmende Objekte (Pfähle, Baumstämme, Boote etc.), so streuen kleine Wellen von diesen Objekten in alle Richtungen. Das ist nichts als Streuung. Ein Teil der Energie der einfallenden Welle wird für die Anregung von Sekundärwellen aufgewendet, die ganz analog zum Streulicht in der Optik sind. In diesem Fall wird die Anfangswelle geschwächt - sie zerfällt.

Schwimmende Objekte können viel kleiner sein als die Wellenlänge, die durch Wasser wandert. Auch kleine Körner verursachen Sekundärwellen. Wenn die Größe der Partikel abnimmt, werden die von ihnen gebildeten Sekundärwellen natürlich schwächer, aber sie nehmen immer noch die Energie der Hauptwelle auf.

So stellte sich Planck den Prozess der Abschwächung einer Lichtwelle beim Durchgang durch ein Gas vor, aber die Rolle der Körner in seiner Theorie spielten Gasmoleküle.

Mandelstam interessierte sich für diese Arbeit von Planck.

Mandelstams Gedankengang lässt sich auch am Beispiel von Wellen auf der Wasseroberfläche erklären. Man muss es sich nur genauer überlegen. So sind selbst kleine Körner, die auf der Wasseroberfläche schwimmen, Quellen von Sekundärwellen. Aber was passiert, wenn man diese Körner so dick gießt, dass sie die gesamte Wasseroberfläche bedecken? Dann wird sich herausstellen, dass sich die einzelnen Sekundärwellen, verursacht durch zahlreiche Körner, so addieren, dass sie die seitlich und zurücklaufenden Wellenanteile vollständig auslöschen und die Streuung aufhört. Es wird nur eine vorwärtslaufende Welle geben. Sie wird vorwärts rennen, ohne überhaupt zu schwächen. Das einzige Ergebnis des Vorhandenseins der gesamten Körnermasse wird eine gewisse Verringerung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Primärwelle sein. Besonders wichtig ist, dass dies alles nicht davon abhängt, ob die Körner stehen oder sich auf der Wasseroberfläche bewegen. Das Kornaggregat wirkt einfach als Last auf der Wasseroberfläche und verändert die Dichte seiner oberen Schicht.

Mandelstam machte eine mathematische Berechnung für den Fall, dass die Anzahl der Moleküle in der Luft so groß ist, dass selbst in einem so kleinen Bereich wie der Wellenlänge des Lichts eine sehr große Anzahl von Molekülen enthalten ist. Es stellte sich heraus, dass sich in diesem Fall von einzelnen zufällig bewegten Molekülen angeregte sekundäre Lichtwellen genauso addieren wie die Wellen im Beispiel mit Körnern. Das bedeutet, dass sich die Lichtwelle in diesem Fall ohne Streuung und Dämpfung, aber mit etwas geringerer Geschwindigkeit ausbreitet. Dies widerlegte die Theorie von Rayleigh, der glaubte, dass die Bewegung streuender Teilchen in allen Fällen für die Streuung von Wellen sorgt, und widerlegte damit die darauf basierende Theorie von Planck.

So wurde Sand unter der Grundlage der Streutheorie entdeckt. Das ganze majestätische Gebäude erzitterte und drohte einzustürzen.

Zufall

Aber was ist mit der Bestimmung der Loschmidt-Zahl aus Messungen des blauen Himmelsscheins? Immerhin bestätigte das Experiment die Rayleigh-Streutheorie!

„Dieser Zufall muss als zufällig angesehen werden“, schrieb Mandelstam 1907 in seinem Werk „On Optically Homogeneous and Turbid Media“.

Mandelstam zeigte, dass die zufällige Bewegung von Molekülen ein Gas nicht homogen machen kann. Im Gegensatz dazu gibt es in einem realen Gas immer kleinste Verdünnungen und Verdichtungen, die durch chaotische thermische Bewegung entstehen. Sie führen zur Lichtstreuung, da sie die optische Gleichmäßigkeit der Luft verletzen. In derselben Arbeit schrieb Mandelstam:

„Ist das Medium optisch inhomogen, wird das einfallende Licht in der Regel auch seitlich gestreut.“

Da aber die Dimensionen der durch chaotische Bewegung entstehenden Inhomogenitäten kleiner sind als die Wellenlänge von Lichtwellen, werden die Wellen, die den violetten und blauen Spektralanteilen entsprechen, überwiegend gestreut. Und das führt insbesondere zur blauen Farbe des Himmels.

Damit war das Rätsel des azurblauen Himmels endlich gelöst. Der theoretische Teil wurde von Rayleigh entwickelt. Die physikalische Natur von Streuern wurde von Mandelstam festgestellt.

Mandelstams großes Verdienst liegt darin, dass er bewies, dass die Annahme einer vollkommenen Homogenität eines Gases unvereinbar ist mit der Tatsache, dass Licht darin gestreut wird. Er erkannte, dass die blaue Farbe des Himmels beweist, dass die Homogenität von Gasen nur scheinbar ist. Genauer gesagt scheinen Gase nur dann homogen zu sein, wenn sie mit groben Instrumenten wie Barometern, Waagen oder anderen Instrumenten untersucht werden, die von vielen Milliarden Molekülen gleichzeitig beeinflusst werden. Aber ein Lichtstrahl erfasst unvergleichlich kleinere Mengen von Molekülen, gemessen nur in Zehntausenden. Und dies reicht aus, um unbestreitbar festzustellen, dass die Dichte eines Gases ständig kleinen lokalen Änderungen unterliegt. Daher ist ein homogenes Medium aus unserer „groben“ Sicht tatsächlich inhomogen. Aus „Lichtsicht“ erscheint es wolkig und streut daher Licht.

Zufällige lokale Änderungen der Eigenschaften von Materie, die aus der thermischen Bewegung von Molekülen resultieren, werden heute als Fluktuationen bezeichnet. Nachdem er den Fluktuationsursprung der molekularen Lichtstreuung aufgeklärt hatte, ebnete Mandelstam den Weg für eine neue Methode zur Untersuchung von Materie – die Fluktuations- oder statistische Methode, die später von Smoluchovsky, Lorentz, Einstein und ihm selbst zu einer neuen Hauptabteilung der Physik entwickelt wurde – der statistischen Physik.

Der Himmel muss schimmern!

So wurde das Geheimnis der blauen Farbe des Himmels gelüftet. Aber das Studium der Lichtstreuung hörte hier nicht auf. Mandelstam machte mit seinem geschärften Instinkt als Wissenschaftler auf die fast unmerklichen Änderungen der Luftdichte aufmerksam und erklärte die Färbung des Himmels durch schwankende Streuung des Lichts. Er entdeckte ein neues, noch subtileres Merkmal dieses Prozesses.

Luftinhomogenitäten werden schließlich durch zufällige Schwankungen ihrer Dichte verursacht. Die Größe dieser zufälligen Inhomogenitäten, die Gerinnseldichte, variiert mit der Zeit. Daher, argumentierte der Wissenschaftler, sollte sich auch die Intensität mit der Zeit ändern – die Stärke des Streulichts! Denn je dichter die Molekülcluster, desto intensiver das an ihnen gestreute Licht. Und da diese Gerinnsel zufällig erscheinen und verschwinden, sollte der Himmel, einfach gesagt, flackern! Die Stärke seines Leuchtens und seine Farbe sollten sich ständig ändern (aber sehr schwach)! Aber hat jemand schon mal so ein Flackern bemerkt? Natürlich nicht.

Dieser Effekt ist so subtil, dass Sie ihn mit bloßem Auge nicht sehen können.

Keiner der Wissenschaftler beobachtete auch eine solche Veränderung im Leuchten des Himmels. Mandelstam selbst hatte auch keine Gelegenheit, die Schlussfolgerungen seiner Theorie zu überprüfen. Die Organisation der komplexesten Experimente wurde zuerst durch die mageren Bedingungen des zaristischen Russlands und dann durch die Schwierigkeiten der ersten Jahre der Revolution, der ausländischen Intervention und des Bürgerkriegs behindert.

1925 wurde Mandelstam Leiter einer Abteilung an der Moskauer Universität. Hier traf er den herausragenden Wissenschaftler und erfahrenen Experimentator Grigory Samuilovich Landsberg. Und so setzten sie, verbunden durch tiefe Freundschaft und gemeinsame wissenschaftliche Interessen, den Angriff auf die Geheimnisse fort, die in den schwachen Strahlen des diffusen Lichts verborgen waren.

Die optischen Laboratorien der Universität waren damals noch sehr arm an Instrumenten. An der Universität gab es kein einziges Instrument, das in der Lage war, das Flackern des Himmels oder jene kleinen Unterschiede in den Frequenzen des einfallenden und gestreuten Lichts zu erkennen, die die Theorie als Ergebnis dieses Flackerns vorhersagte.

Dies hielt die Forscher jedoch nicht auf. Sie gaben die Idee auf, den Himmel im Labor zu imitieren. Dies würde eine bereits subtile Erfahrung nur erschweren. Sie beschlossen, nicht die Streuung von weißem, komplexem Licht zu untersuchen, sondern die Streuung von Strahlen einer genau definierten Frequenz. Wenn sie die Frequenz des einfallenden Lichts genau kennen, wird es viel einfacher sein, nach jenen Frequenzen in der Nähe zu suchen, die bei der Streuung entstehen sollten. Darüber hinaus legte die Theorie nahe, dass Beobachtungen in Festkörpern einfacher zu machen seien, da die Moleküle in ihnen viel näher beieinander liegen als in Gasen, und je dichter die Substanz, desto größer die Streuung.

Eine akribische Suche nach den am besten geeigneten Materialien begann. Schließlich fiel die Wahl auf Quarzkristalle. Ganz einfach, weil große transparente Quarze günstiger sind als alle anderen.

Vorbereitende Experimente dauerten zwei Jahre, es wurden die reinsten Kristallproben ausgewählt, die Technik verbessert, Anzeichen festgestellt, anhand derer es möglich war, die Streuung an Quarzmolekülen eindeutig von der Streuung durch zufällige Einschlüsse, Kristallinhomogenitäten und Verunreinigungen zu unterscheiden.

Witz und Arbeit

Mangels leistungsstarker Spektralanalysegeräte wählten die Wissenschaftler einen ausgeklügelten Workaround, der es ermöglichen sollte, die vorhandenen Instrumente zu nutzen.

Die Hauptschwierigkeit bei dieser Arbeit bestand darin, dass das schwache Licht, das durch molekulare Streuung verursacht wurde, von viel stärkerem Licht überlagert wurde, das von kleinen Verunreinigungen und anderen Defekten der Kristallproben gestreut wurde, die für Experimente erhalten werden konnten. Die Forscher entschieden sich, die Tatsache auszunutzen, dass Streulicht, das durch Kristalldefekte und Reflexionen von verschiedenen Teilen des Aufbaus gebildet wird, genau der Frequenz des einfallenden Lichts entspricht. Sie interessierten sich nur für Licht mit einer nach Mandelstams Theorie veränderten Frequenz, und so galt es, das durch molekulare Streuung verursachte Licht einer veränderten Frequenz vor dem Hintergrund dieses viel helleren Lichts zu isolieren.

Damit das Streulicht einen messbaren Wert hat, entschieden sich die Wissenschaftler, den Quarz mit dem stärksten ihnen zur Verfügung stehenden Leuchtmittel zu beleuchten: einer Quecksilberlampe.

Das in einem Kristall gestreute Licht muss also aus zwei Teilen bestehen: einem schwachen Licht mit einer veränderten Frequenz aufgrund von molekularer Streuung (die Untersuchung dieses Teils war das Ziel der Wissenschaftler) und einem viel stärkeren Licht mit einer unveränderten Frequenz, das durch Fremdlicht verursacht wird Ursachen (dieser Teil war schädlich, er erschwerte die Forschung.

Die Idee des Verfahrens war wegen seiner Einfachheit attraktiv: Es ist notwendig, Licht einer konstanten Frequenz zu absorbieren und nur Licht einer veränderten Frequenz in den Spektralapparat passieren zu lassen. Aber die Frequenzunterschiede betrugen nur wenige Tausendstel Prozent. Kein Labor der Welt hatte einen Filter, der in der Lage war, so nahe Frequenzen zu trennen. Es wurde jedoch eine Lösung gefunden.

Streulicht wurde durch ein Gefäß mit Quecksilberdampf geleitet. Infolgedessen "steckte" das gesamte "schädliche" Licht im Gefäß fest, und das "nützliche" Licht ging ohne merkliche Schwächung durch. In diesem Fall nutzten die Experimentatoren einen bereits bekannten Umstand aus. Ein Materieatom ist laut Quantenphysik in der Lage, Lichtwellen nur ganz bestimmter Frequenzen auszusenden. Dieses Atom ist jedoch auch in der Lage, Licht zu absorbieren. Und nur Lichtwellen jener Frequenzen, die er selbst aussenden kann.

In einer Quecksilberlampe wird Licht durch Quecksilberdampf emittiert, der unter dem Einfluss einer elektrischen Entladung leuchtet, die im Inneren der Lampe auftritt. Wenn dieses Licht durch ein Gefäß geleitet wird, das auch Quecksilberdampf enthält, wird es fast vollständig absorbiert. Was die Theorie vorhersagt, wird passieren: Die Quecksilberatome im Gefäß absorbieren das von den Quecksilberatomen in der Lampe emittierte Licht.

Licht von anderen Quellen, wie z. B. einer Neonlampe, wird den Quecksilberdampf unbeschadet passieren. Merkuratome werden ihm nicht einmal Beachtung schenken. Auch der Teil des Lichts der Quecksilberlampe, der in Quarz mit Wellenlängenänderung gestreut wurde, wird nicht absorbiert.

Diesen günstigen Umstand nutzten Mandelstam und Landsberg aus.

Erstaunliche Entdeckung

1927 begannen entscheidende Experimente. Die Wissenschaftler beleuchteten den Quarzkristall mit dem Licht einer Quecksilberlampe und verarbeiteten die Ergebnisse. Und ... sie waren überrascht.

Die Ergebnisse des Experiments waren unerwartet und ungewöhnlich. Wissenschaftler haben überhaupt nicht das gefunden, was sie erwartet hatten, nicht das, was von der Theorie vorhergesagt wurde. Sie entdeckten ein völlig neues Phänomen. Aber was? Und ist das nicht ein Fehler? Unerwartete Frequenzen wurden im Streulicht gefunden, aber viel höhere und niedrigere Frequenzen. Im Spektrum des Streulichts tauchte eine ganze Kombination von Frequenzen auf, die nicht in dem auf Quarz einfallenden Licht lagen. Es war einfach unmöglich, ihr Aussehen durch optische Inhomogenitäten im Quarz zu erklären.

Eine gründliche Überprüfung begann. Die Versuche wurden einwandfrei durchgeführt. Sie waren so witzig, perfekt und erfinderisch konzipiert, dass es unmöglich war, sie nicht zu bewundern.

- Leonid Isaakovich hat manchmal sehr schwierige technische Probleme so schön und manchmal genial einfach gelöst, dass jeder von uns unwillkürlich eine Frage hatte: „Warum ist mir das nicht schon früher eingefallen?“ - sagt einer der Mitarbeiter.

Eine Vielzahl von Kontrollexperimenten bestätigte hartnäckig, dass kein Fehler vorlag. In den Fotografien des Spektrums des gestreuten Lichts erschienen schwache und dennoch ziemlich deutliche Linien anhaltend, was auf das Vorhandensein von "zusätzlichen" Frequenzen im gestreuten Licht hinweist.

Seit vielen Monaten suchen Wissenschaftler nach einer Erklärung für dieses Phänomen. Woher kamen die „fremden“ Frequenzen im Streulicht?!

Und es kam der Tag, an dem Mandelstam eine erstaunliche Einsicht dämmerte. Es war eine erstaunliche Entdeckung, die heute als eine der wichtigsten Entdeckungen des 20. Jahrhunderts gilt.

Aber sowohl Mandelstam als auch Landsberg kamen zu dem einstimmigen Beschluss, dass diese Entdeckung nur nach einer soliden Überprüfung, nach einem erschöpfenden Eindringen in die Tiefen des Phänomens veröffentlicht werden könne. Die letzten Experimente haben begonnen.

Mit Hilfe der Sonne

Am 16. Februar haben die indischen Wissenschaftler Ch.N. Raman und K.S. Krishnan schickte ein Telegramm aus Kalkutta an dieses Tagebuch mit einer kurzen Beschreibung seiner Entdeckung.

In jenen Jahren strömten aus aller Welt Briefe über die unterschiedlichsten Entdeckungen an die Zeitschrift „Priroda“. Aber nicht jeder Bericht ist dazu bestimmt, unter Wissenschaftlern für Aufregung zu sorgen. Als die Ausgabe mit dem Brief indischer Wissenschaftler vergriffen war, waren die Physiker sehr aufgeregt. Schon der Titel der Notiz – „Eine neue Art von Sekundärstrahlung“ – erregte Interesse. Schließlich ist die Optik eine der ältesten Wissenschaften, in ihr war im 20. Jahrhundert nicht oft etwas Unbekanntes zu entdecken.

Man kann sich vorstellen, mit welchem Interesse die Physiker der ganzen Welt die neuen Briefe aus Kalkutta erwartet haben.

Ihr Interesse wurde nicht zuletzt durch die Persönlichkeit eines der Autoren der Entdeckung, Raman, genährt. Dies ist ein Mann mit merkwürdigem Schicksal und einer herausragenden Biografie, die der von Einstein sehr ähnlich ist. Einstein war in seiner Jugend einfacher Gymnasiallehrer, dann Angestellter des Patentamtes. In dieser Zeit vollendete er die bedeutendsten seiner Werke. Raman, ein brillanter Physiker, wurde ebenfalls nach seinem Universitätsabschluss gezwungen, zehn Jahre lang in der Abteilung für Finanzen zu dienen, und wurde erst danach an die Abteilung der Universität von Kalkutta berufen. Raman wurde bald zum anerkannten Oberhaupt der indischen Physikschule.

Kurz vor den beschriebenen Ereignissen wurden Raman und Krishnan von einer merkwürdigen Aufgabe hingerissen. Dann entdeckten die Leidenschaften, die 1923 durch die Entdeckung des amerikanischen Physikers Compton verursacht wurden, der beim Studium des Durchgangs von Röntgenstrahlen durch Materie noch nicht abgeklungen war, dass ein Teil dieser Strahlen, der von der ursprünglichen Richtung weg gestreut wird, ihre Wellenlänge erhöht. Übersetzt in die Sprache der Augenoptiker können wir sagen, dass Röntgenstrahlen, die mit den Molekülen einer Substanz kollidieren, ihre „Farbe“ verändert haben.

Dieses Phänomen ließ sich leicht durch die Gesetze der Quantenphysik erklären. Damit war Comptons Entdeckung einer der entscheidenden Beweise für die Richtigkeit der jungen Quantentheorie.

Etwas Ähnliches, aber bereits in der Optik, haben wir uns entschieden, es zu versuchen. Entdecken Sie indische Wissenschaftler. Sie wollten Licht durch eine Substanz leiten und sehen, wie sich dessen Strahlen an den Molekülen der Substanz streuen und ob sich ihre Wellenlänge ändert.

Wie Sie sehen können, stellen sich indische Wissenschaftler absichtlich oder unabsichtlich der gleichen Aufgabe wie sowjetische Wissenschaftler. Aber ihre Ziele waren andere. Kalkutta suchte nach einer optischen Analogie des Compton-Effekts. In Moskau - eine experimentelle Bestätigung von Mandelstams Vorhersage einer Frequenzänderung, wenn Licht durch fluktuierende Inhomogenitäten gestreut wird.

Raman und Krishnan entwarfen ein schwieriges Experiment, da die erwartete Wirkung äußerst gering sein sollte. Für das Experiment wurde eine sehr helle Lichtquelle benötigt. Und dann beschlossen sie, die Sonne zu nutzen und ihre Strahlen mit einem Teleskop zu sammeln.

Der Durchmesser seiner Linse betrug achtzehn Zentimeter. Die Forscher richteten das gesammelte Licht durch ein Prisma auf Gefäße, in denen Flüssigkeiten und Gase platziert wurden, die gründlich von Staub und anderen Verunreinigungen gereinigt wurden.

Aber die erwartete kleine Wellenlänge des gestreuten Lichts mit weißem Sonnenlicht zu erkennen, das fast alle möglichen Wellenlängen enthält, war hoffnungslos. Daher entschieden sich die Wissenschaftler, Lichtfilter zu verwenden. Sie setzten einen Blau-Violett-Filter vor die Linse und beobachteten das Streulicht durch einen Gelb-Grün-Filter. Sie haben zu Recht entschieden, dass das, was durch den ersten Filter geht, im zweiten stecken bleibt. Immerhin absorbiert der Gelb-Grün-Filter die vom ersten Filter durchgelassenen blau-violetten Strahlen. Und beide, hintereinander platziert, müssen das gesamte einfallende Licht absorbieren. Fallen jedoch einige Strahlen in das Auge des Beobachters, so kann man mit Sicherheit sagen, dass sie nicht im einfallenden Licht, sondern in der untersuchten Substanz entstanden sind.

Kolumbien

Tatsächlich fanden Raman und Krishnan Strahlen in gestreutem Licht, die durch den zweiten Filter gingen. Sie fixierten die zusätzlichen Frequenzen. Dies könnte im Prinzip der optische Compton-Effekt sein. Das heißt, das blau-violette Licht könnte, wenn es an den Molekülen der Substanz in den Gefäßen gestreut wird, seine Farbe ändern und gelb-grün werden. Aber das musste noch bewiesen werden. Es könnte andere Gründe geben, die das Erscheinen von gelbgrünem Licht verursachen. Zum Beispiel könnte es als Ergebnis von Lumineszenz erscheinen – ein schwaches Leuchten, das häufig in Flüssigkeiten und Feststoffen unter dem Einfluss von Licht, Wärme und anderen Ursachen auftritt. Offensichtlich gab es eine Sache - dieses Licht wurde wiedergeboren, es war nicht im einfallenden Licht enthalten.

Die Wissenschaftler wiederholten ihr Experiment mit sechs verschiedenen Flüssigkeiten und zwei Arten von Dämpfen. Dabei haben sie darauf geachtet, dass weder Lumineszenz noch andere Ursachen eine Rolle spielen.

Die Tatsache, dass die Wellenlänge des sichtbaren Lichts zunimmt, wenn es in Materie gestreut wird, schien Raman und Krishnan erwiesen. Ihre Suche schien von Erfolg gekrönt zu sein. Sie entdeckten eine optische Analogie zum Compton-Effekt.

Aber damit die Experimente eine fertige Form haben und die Schlussfolgerungen überzeugend genug sind, musste noch ein Teil der Arbeit erledigt werden. Es reichte nicht aus, eine Änderung der Wellenlänge zu erkennen. Es war notwendig, das Ausmaß dieser Änderung zu messen. Der erste half, einen Lichtfilter herzustellen. Er war machtlos, das zweite zu tun. Hier brauchten die Wissenschaftler ein Spektroskop – ein Gerät, mit dem Sie die Wellenlänge des untersuchten Lichts messen können.

Und die Forscher begannen mit dem zweiten Teil, nicht weniger komplex und mühsam. Aber sie erfüllte auch ihre Erwartungen. Die Ergebnisse bestätigten erneut die Schlussfolgerungen des ersten Teils der Arbeit. Die Wellenlänge erwies sich jedoch als unerwartet groß. Viel mehr als erwartet. Das störte die Forscher nicht.

Wie sollte man sich hier nicht an Columbus erinnern? Er suchte einen Seeweg nach Indien und hatte, als er das Land sah, keinen Zweifel daran, dass er sein Ziel erreicht hatte. Hatte er Grund, beim Anblick der rothäutigen Bewohner und der ungewohnten Natur der Neuen Welt an seiner Zuversicht zu zweifeln?

Ist es nicht wahr, dass Raman und Krishnan, die versuchten, den Compton-Effekt im sichtbaren Licht zu entdecken, beschlossen, ihn zu finden, indem sie das Licht untersuchten, das durch ihre Flüssigkeiten und Gase ging?! Zögerten sie, als die Messungen eine unerwartet große Änderung der Wellenlänge der gestreuten Strahlen zeigten? Welche Schlüsse zogen sie aus ihrer Entdeckung?

Laut indischen Wissenschaftlern fanden sie, wonach sie suchten. Am 23. März 1928 flog ein Telegramm mit einem Artikel mit dem Titel „The Optical Analogy of the Compton Effect“ nach London. Die Wissenschaftler schrieben: „Damit ist die optische Analogie des Compton-Effekts offensichtlich, außer dass wir es mit einer viel größeren Wellenlängenänderung zu tun haben ...“ Anmerkung: „viel größer ...“

Tanz der Atome

Die Arbeit von Raman und Krishnan wurde von Wissenschaftlern mit Standing Ovations aufgenommen. Alle bewunderten zu Recht ihre experimentelle Kunst. Für diese Entdeckung erhielt Raman 1930 den Nobelpreis.

Dem Brief der indischen Wissenschaftler war ein Foto des Spektrums beigefügt, auf dem die Linien, die die Frequenz des einfallenden Lichts und des an den Molekülen der Substanz gestreuten Lichts darstellen, ihren Platz einnahmen. Dieses Foto veranschaulichte laut Raman und Krishnan ihre Entdeckung deutlicher als je zuvor.

Als Mandelstam und Landsberg sich dieses Foto ansahen, sahen sie eine fast exakte Kopie des Fotos, das sie gemacht hatten! Aber nachdem sie ihre Erklärung kennengelernt hatten, erkannten sie sofort, dass Raman und Krishnan sich geirrt hatten.

Nein, indische Wissenschaftler haben den Compton-Effekt nicht entdeckt, sondern ein völlig anderes Phänomen, dasselbe, das sowjetische Wissenschaftler seit vielen Jahren untersuchen ...

Während die Aufregung über die Entdeckung indischer Wissenschaftler zunahm, beendeten Mandelstam und Landsberg Kontrollexperimente und fassten die letzten entscheidenden Ergebnisse zusammen.

Und am 6. Mai 1928 schickten sie einen Artikel zum Druck. Dem Artikel war ein Foto des Spektrums beigefügt.

Die Forscher umrissen kurz die Geschichte des Problems und gaben eine detaillierte Interpretation des von ihnen entdeckten Phänomens.

Was war also dieses Phänomen, das viele Wissenschaftler leiden und sich den Kopf brechen ließ?

Mandelstams tiefe Intuition und sein klarer analytischer Verstand veranlassten den Wissenschaftler sofort, dass die entdeckten Änderungen in der Frequenz des gestreuten Lichts nicht durch jene intermolekularen Kräfte verursacht werden können, die die zufälligen Wiederholungen der Luftdichte ausgleichen. Dem Wissenschaftler wurde klar, dass die Ursache zweifellos in den Molekülen der Substanz selbst liegt, dass das Phänomen durch intramolekulare Schwingungen der Atome verursacht wird, die das Molekül bilden.

Solche Schwankungen treten viel häufiger auf als diejenigen, die die Bildung und Resorption zufälliger Inhomogenitäten im Medium begleiten. Es sind diese Schwingungen von Atomen in Molekülen, die das gestreute Licht beeinflussen. Atome markieren es gleichsam, hinterlassen ihre Spuren, verschlüsseln es mit zusätzlichen Frequenzen.

Es war eine wunderschöne Vermutung, eine gewagte Invasion des menschlichen Denkens jenseits der Absperrung einer kleinen Festung der Natur – Moleküle. Und diese Erkundung brachte wertvolle Informationen über seine innere Struktur.

Hand in Hand

Wenn man also versuchte, eine kleine Frequenzänderung von gestreutem Licht zu erkennen, die durch intermolekulare Kräfte verursacht wurde, wurde eine größere Frequenzänderung gefunden, die durch intramolekulare Kräfte verursacht wurde.

Um das neue Phänomen zu erklären, das als "Raman-Streuung des Lichts" bezeichnet wurde, reichte es daher aus, die von Mandelstam geschaffene Theorie der molekularen Streuung mit Daten über die Wirkung von Schwingungen von Atomen im Inneren von Molekülen zu ergänzen. Das neue Phänomen wurde als Ergebnis der Entwicklung von Mandelstams Idee entdeckt, die er bereits 1918 formuliert hatte.

Ja, nicht ohne Grund, denn Akademiemitglied S.I. Vavilov: „Die Natur hat Leonid Isaakovich mit einem völlig ungewöhnlichen, scharfsinnigen, subtilen Verstand ausgestattet, der die Hauptsache sofort bemerkte und verstand, an der die Mehrheit gleichgültig vorbeiging. So wurde das Fluktuationswesen der Lichtstreuung verstanden, und so entstand die Idee einer Änderung des Spektrums während der Lichtstreuung, die zur Grundlage für die Entdeckung der Raman-Streuung wurde.

Anschließend wurden enorme Vorteile aus dieser Entdeckung gezogen, sie erhielt wertvolle praktische Anwendung.

Im Moment der Entdeckung schien es nur der wertvollste Beitrag zur Wissenschaft zu sein.

Was ist mit Raman und Krishnan? Wie haben sie auf die Entdeckung sowjetischer Wissenschaftler und auch auf ihre eigene reagiert? Haben sie verstanden, was sie entdeckt haben?

Die Antwort auf diese Fragen ist im folgenden Brief von Raman und Krishnan enthalten, den sie 9 Tage nach der Veröffentlichung des Artikels durch sowjetische Wissenschaftler an die Presse schickten. Ja, sie verstanden, dass das Phänomen, das sie beobachteten, nicht der Compton-Effekt war. Dies ist Raman-Streuung von Licht.

Nach der Veröffentlichung der Briefe von Raman und Krishnan und der Artikel von Mandelstam und Landsberg wurde Wissenschaftlern auf der ganzen Welt klar, dass das gleiche Phänomen unabhängig und fast gleichzeitig in Moskau und Kalkutta durchgeführt und untersucht wurde. Aber Moskauer Physiker untersuchten es in Quarzkristallen, während indische Physiker es in Flüssigkeiten und Gasen untersuchten.

Und diese Parallelität war natürlich kein Zufall. Sie spricht über die Dringlichkeit des Problems, seine große wissenschaftliche Bedeutung. Es ist nicht verwunderlich, dass Ergebnisse, die den Schlussfolgerungen von Mandelstam und Raman Ende April 1928 nahe kamen, auch unabhängig von den französischen Wissenschaftlern Rocard und Kaban erzielt wurden. Nach einiger Zeit erinnerten sich die Wissenschaftler daran, dass der tschechische Physiker Smekal 1923 dasselbe Phänomen theoretisch vorhergesagt hatte. Nach der Arbeit von Smekal erschienen die theoretischen Forschungen von Kramers, Heisenberg und Schrödinger.

Anscheinend kann nur ein Mangel an wissenschaftlichen Informationen die Tatsache erklären, dass Wissenschaftler aus vielen Ländern an der Lösung des gleichen Problems arbeiteten, ohne es überhaupt zu wissen.

Siebenunddreißig Jahre später

Untersuchungen zur Raman-Streuung haben nicht nur ein neues Kapitel in der Wissenschaft des Lichts aufgeschlagen. Gleichzeitig gaben sie der Technologie eine mächtige Waffe. Die Industrie hat eine hervorragende Möglichkeit erhalten, die Eigenschaften von Materie zu untersuchen.

Schließlich sind die Frequenzen der Raman-Streuung von Licht Abdrücke, die dem Licht von den Molekülen des Mediums, das das Licht streut, überlagert werden. Und in verschiedenen Substanzen sind diese Prägungen nicht gleich. Dies gab Akademiker Mandelstam das Recht, die Raman-Lichtstreuung als „Sprache der Moleküle“ zu bezeichnen. Diejenigen, die die Spuren von Molekülen auf den Lichtstrahlen lesen können, bestimmen die Zusammensetzung von Streulicht, Moleküle, die diese Sprache verwenden, werden die Geheimnisse ihrer Struktur erzählen.

Auf dem Negativ einer Fotografie des Kombinationsspektrums sind nichts als Linien unterschiedlicher Schwärze. Aber aus diesem Foto wird der Spezialist die Frequenzen der intramolekularen Schwingungen berechnen, die im gestreuten Licht auftraten, nachdem es die Substanz passiert hatte. Das Bild erzählt von vielen bisher unbekannten Aspekten des Innenlebens von Molekülen: von ihrem Aufbau, von den Kräften, die Atome zu Molekülen binden, von den Relativbewegungen der Atome. Indem sie lernten, Raman-Spektrogramme zu entziffern, haben Physiker gelernt, die besondere „Lichtsprache“ zu verstehen, die Moleküle verwenden, um sich selbst zu beschreiben. Die neue Entdeckung ermöglichte es also, tiefer in die innere Struktur von Molekülen einzudringen.

Heute nutzen Physiker die Raman-Streuung, um die Struktur von Flüssigkeiten, Kristallen und glasartigen Substanzen zu untersuchen. Chemiker verwenden diese Methode, um die Struktur verschiedener Verbindungen zu bestimmen.

Methoden zur Untersuchung von Materie unter Verwendung des Phänomens der Raman-Streuung von Licht wurden von Mitarbeitern des Labors der P.N. Lebedew-Akademie der Wissenschaften der UdSSR unter der Leitung von Akademiker Landsberg.

Diese Methoden ermöglichen es, quantitative und qualitative Analysen von Flugbenzin, Crackprodukten, Ölraffinerieprodukten und vielen anderen komplexen organischen Flüssigkeiten im Werkslabor schnell und genau durchzuführen. Dazu genügt es, den zu untersuchenden Stoff zu beleuchten und die Zusammensetzung des von ihm gestreuten Lichts mit einem Spektrographen zu bestimmen. Es scheint sehr einfach. Aber bevor sich diese Methode als wirklich praktisch und schnell herausstellte, mussten Wissenschaftler hart arbeiten, um genaue, empfindliche Geräte zu entwickeln. Und deshalb.

Von der gesamten Lichtenergie, die in die untersuchte Substanz eindringt, entfällt nur ein unbedeutender Teil – etwa ein Zehnmilliardstel – auf Streulicht. Und die Raman-Streuung macht selten auch nur zwei oder drei Prozent dieses Wertes aus. Anscheinend blieb deshalb die Raman-Streuung selbst lange unbemerkt. Und es ist nicht verwunderlich, dass die Aufnahme der ersten Fotografien der Raman-Streuung mehrere zehn Stunden dauernde Belichtungen erforderte.

Moderne Geräte, die in unserem Land hergestellt wurden, ermöglichen es, innerhalb weniger Minuten und manchmal sogar Sekunden ein Raman-Spektrum reiner Substanzen zu erhalten! Auch für die Analyse komplexer Gemische, in denen einzelne Substanzen in Mengen von mehreren Prozent enthalten sind, reicht in der Regel eine Einwirkzeit von nicht mehr als einer Stunde aus.

Siebenunddreißig Jahre sind vergangen, seit Mandelstam und Landsberg, Raman und Krishnan die auf Fotoplatten aufgezeichnete Sprache der Moleküle entdeckt, entziffert und verstanden haben. Seitdem wird weltweit hartnäckig daran gearbeitet, ein „Wörterbuch“ der Sprache der Moleküle zu erstellen, das Optiker den Katalog der Raman-Frequenzen nennen. Wenn ein solcher Katalog erstellt wird, wird die Interpretation der Spektrogramme stark erleichtert, und die Raman-Lichtstreuung wird noch umfassender in den Dienst von Wissenschaft und Industrie gestellt.

Aber wie viele verschiedene Farben gibt es, die die Dinge um uns herum bunt machen? Und wissenschaftliche Erkenntnisse können viele solcher Fragen bereits beantworten. Erklären Sie zum Beispiel Himmel Farbe.

Zunächst muss der große Isaac Newton erwähnt werden, der die Zersetzung der weißen Sonne beim Durchgang durch ein Glasprisma beobachtete. Was er sah, wird heute als Phänomen bezeichnet Streuung, und das mehrfarbige Bild selbst - Spektrum. Die resultierenden Farben stimmten genau mit den Farben des Regenbogens überein. Das heißt, Newton hat den Regenbogen im Labor beobachtet! Seinen Experimenten war es Ende des 18. Jahrhunderts zu verdanken, dass weißes Licht eine Mischung verschiedener Farben ist. Darüber hinaus bewies derselbe Newton, dass, wenn das in ein Spektrum zerlegte Licht erneut gemischt wird, weißes Licht erhalten wird. Im 19. Jahrhundert wurde gezeigt, dass Licht elektromagnetische Wellen sind, die sich mit einer enormen Geschwindigkeit von 300.000 km / s ausbreiten. Und bereits zu Beginn des letzten Jahrhunderts wurde dieses Wissen um die Idee eines Lichtquants ergänzt - Photon. Licht hat also eine duale Natur – sowohl Wellen als auch Teilchen. Diese Vereinigung wurde zur Erklärung vieler Phänomene, insbesondere des Spektrums der Wärmestrahlung erhitzter Körper. So wie bei uns.

Nach dieser Einführung ist es an der Zeit, zu unserem Thema überzugehen. Die blaue Farbe des Himmels... Wer hat sie nicht mindestens ein paar Mal in seinem Leben bewundert! Aber ist es so einfach zu sagen, dass die Lichtstreuung in der Atmosphäre schuld ist? Warum ist die Farbe des Himmels bei Vollmond nicht blau? Und warum ist die blaue Farbe nicht überall am Himmel gleich? Was passiert mit der Farbe des Himmels bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang? Schließlich kann es gelb und rosa und sogar grün sein. Dies sind jedoch Merkmale der Streuung. Daher werden wir es genauer betrachten.

Die Erklärung der Farbe des Himmels und seiner Merkmale gehört dem englischen Physiker John William Rayleigh, der die Lichtstreuung untersuchte. Er war es, der darauf hinwies, dass die Farbe des Himmels durch die Abhängigkeit der Streuung von der Lichtfrequenz bestimmt wird. Die einfallende Sonnenstrahlung interagiert mit den Molekülen der Gase, aus denen die Luft besteht. Und da die Energie eines Lichtquants - eines Photons mit abnehmender Wellenlänge des Lichts zunimmt, wird die stärkste Wirkung auf Gasmoleküle, genauer gesagt auf Elektronen in diesen Molekülen, von Photonen der blauen und violetten Teile ausgeübt Lichtspektrum. In erzwungene Schwingungen geraten, geben die Elektronen die der Lichtwelle entnommene Energie in Form eines Strahlungsphotons zurück. Nur diese sekundären Photonen werden bereits in alle Richtungen emittiert und nicht nur in Richtung des ursprünglich einfallenden Lichts. Dies wird der Prozess der Lichtstreuung sein. Darüber hinaus müssen sowohl die ständige Bewegung der Luft als auch die Schwankung ihrer Dichte berücksichtigt werden. Sonst würden wir einen schwarzen Himmel sehen.

Und nun zurück zur Wärmestrahlung von Körpern. Die Energie in seinem Spektrum ist ungleich verteilt und wird auf der Grundlage der vom deutschen Physiker Wilhelm Wien aufgestellten Gesetze beschrieben. Das Spektrum unserer Sonne wird hinter den Energien der Photonen genauso ungleichmäßig sein. Das heißt, es gibt viel weniger Photonen aus seinem violetten Teil als Photonen aus seinem blauen und noch mehr blauen. Wenn wir auch die Physiologie des Sehens berücksichtigen, nämlich die maximale Empfindlichkeit unseres Auges für blaugrüne Farbe, dann erhalten wir einen blauen oder blauen Himmel.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass je länger der Weg eines Sonnenstrahls in der Atmosphäre ist, desto weniger nicht wechselwirkende Photonen aus den blauen und blauen Spektralbereichen darin verbleiben. Daher ist die Farbe des Himmels ungleichmäßig und die Morgen- oder Abendfarben sind aufgrund des langen Lichtweges durch die Atmosphäre gelb-rot. Darüber hinaus beeinflussen auch Staub, Rauch und andere in der Luft enthaltene Partikel die Lichtstreuung in der Atmosphäre stark. Zu diesem Thema kann man sich an die berühmten Londoner Gemälde erinnern. Oder Erinnerungen an die Katastrophe von 1883, die sich beim Ausbruch des Krakatau-Vulkans ereignete. Die Asche des Ausbruchs, die in die Atmosphäre fiel, verursachte die bläuliche Farbe der Sonne in vielen Ländern der Pazifikregion sowie rote Morgendämmerungen, die auf der ganzen Erde beobachtet wurden. Aber diese Effekte werden bereits durch eine andere Theorie erklärt - die Theorie der Streuung durch Teilchen, die der Wellenlänge des Lichts entsprechen. Diese Theorie wurde der Welt vom deutschen Physiker Gustav Mie vorgeschlagen. Seine Hauptidee ist, dass solche Partikel aufgrund ihrer relativ großen Größe rotes Licht stärker streuen und nicht blaues oder violettes.

So ist die Farbe des Himmels nicht nur eine Inspirationsquelle für Dichter und Künstler, sondern eine Folge der subtilen physikalischen Gesetze, die das menschliche Genie aufzudecken vermochte.

Warum ist der Himmel blau - es ist sehr schwierig, die Antwort auf eine so einfache Frage zu finden. Viele Wissenschaftler haben über die Antwort gerätselt. Die beste Lösung des Problems wurde vor etwa 100 Jahren vom englischen Physiker Lord John Rayleigh vorgeschlagen.

Aber fangen wir von vorne an. Die Sonne strahlt ein blendend reines weißes Licht aus. Die Farbe des Himmels sollte also dieselbe sein, aber er ist immer noch blau. Was passiert mit weißem Licht in der Erdatmosphäre?

Sunburst-Farbe

Die wahre Farbe des Sonnenlichts ist weiß. Weißes Licht ist eine Mischung aus farbigen Strahlen. Mit einem Prisma können wir einen Regenbogen machen. Das Prisma zerlegt den weißen Strahl in farbige Bänder: Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett. Zusammen ergeben diese Strahlen wieder weißes Licht. Es ist davon auszugehen, dass Sonnenlicht zunächst in farbige Bestandteile aufgespalten wird. Dann passiert etwas und nur blaue Strahlen erreichen die Erdoberfläche.

Zu unterschiedlichen Zeiten aufgestellte Hypothesen

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Wissenswertes über Schnee

Einige Wissenschaftler glaubten, dass Ozon und Wassermoleküle rote Strahlen absorbieren und blaue durchlassen. Aber es stellte sich heraus, dass es einfach nicht genug Ozon und Wasser in der Atmosphäre gab, um den Himmel blau zu färben.

1869 schlug der Engländer John Tyndall vor, dass Staub und andere Partikel Licht streuen. Blaues Licht wird am wenigsten gestreut und durchdringt Schichten solcher Partikel, um die Erdoberfläche zu erreichen. In seinem Labor erstellte er ein Smogmodell und beleuchtete es mit einem hellen weißen Strahl. Der Smog wurde tiefblau.

Tyndall entschied, dass nichts das Licht streuen würde, wenn die Luft absolut rein wäre, und wir könnten den strahlend weißen Himmel bewundern. Auch Lord Rayleigh unterstützte diese Idee, aber nicht lange. 1899 veröffentlichte er seine Erklärung: Es ist Luft, nicht Staub oder Rauch, die den Himmel blau färbt.

Beziehung zwischen Farbe und Wellenlänge

Sie streuen in alle Richtungen: zur Erde und zur Sonne und zu den Seiten. Lord Rayleigh schlug vor, dass die Farbe des emittierten Strahls vom Vorherrschen von Quanten der einen oder anderen Farbe im Strahl abhängt. Wenn ein Gasmolekül mit Sonnenphotonen kollidiert, gibt es acht blaue Quanten für ein sekundäres rotes Quant.

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Luftmassenbewegung und Kondensation

Was ist das Ergebnis? Intensives blaues Licht strömt buchstäblich aus allen Richtungen von Milliarden atmosphärischer Gasmoleküle auf uns herab. In dieses Licht sind Photonen anderer Farben eingemischt, es hat also keinen rein blauen Farbton.

Warum ist der Himmel blau?

Bevor das Sonnenlicht die Erdoberfläche erreicht, wo die Menschen es betrachten können, muss es die gesamte Lufthülle des Planeten durchdringen. Das Licht hat ein breites Spektrum, in dem die Primärfarben, die Schattierungen des Regenbogens, noch hervorstechen. Von diesem Spektrum hat Rot die längste Lichtwellenlänge, während Violett die kürzeste hat. Bei Sonnenuntergang wird die Sonnenscheibe schnell rot und nähert sich dem Horizont.

Dabei muss das Licht eine zunehmende Luftdicke überwinden und ein Teil der Wellen geht verloren. Zuerst verschwindet Lila, dann Blau, Blau. Die längsten Wellen roter Farbe dringen bis zuletzt an die Erdoberfläche, und daher haben die Sonnenscheibe und der Halo um sie herum bis zum letzten Moment rötliche Farbtöne.

Warum der Himmel blau ist - interessantes Video

Was ändert sich am Abend?

Näher am Sonnenuntergang eilt die Sonne zum Horizont, je tiefer sie fällt, desto schneller naht der Abend. In solchen Zeiten beginnt die Atmosphärenschicht, die das ursprüngliche Sonnenlicht von der Erdoberfläche trennt, aufgrund des Neigungswinkels dramatisch anzusteigen. Irgendwann hört die Verdickungsschicht auf, andere Lichtwellen außer Rot zu übertragen, und in diesem Moment wird der Himmel in dieser Farbe gemalt. Blau ist nicht mehr vorhanden, es wird beim Durchdringen der Atmosphärenschichten absorbiert.

Interessante Tatsache: Bei Sonnenuntergang durchlaufen die Sonne und der Himmel eine ganze Reihe von Farbtönen, während der eine oder andere aufhört, die Atmosphäre zu passieren. Dasselbe kann zum Zeitpunkt des Sonnenaufgangs beobachtet werden, die Ursachen für beide Phänomene sind dieselben.

Was passiert bei Sonnenaufgang?

Bei Sonnenaufgang durchlaufen die Sonnenstrahlen den gleichen Prozess, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Das heißt, zuerst brechen die ersten Strahlen in einem starken Winkel durch die Dicke der Atmosphäre, nur das rote Spektrum erreicht die Oberfläche. Daher dämmert der Sonnenaufgang zunächst rot. Dann, wenn sich der Sonnenaufgang und der Winkel ändern, beginnen Wellen anderer Farben zu passieren - der Himmel wird orange und dann gewöhnlich blau. Einen halben Tag lang wird ein tiefes Blau des Himmels beobachtet, und dann, am Abend, beginnt es sich wieder in Purpur zu verwandeln. Auf einer Seite des Himmels, fern von der Sonne, gibt es einen blau-schwarzen Farbton, aber je näher man dem untergehenden Stern kommt, desto mehr Rottöne sind in der Nähe des Horizonts zu sehen, bis die Sonne vollständig verschwindet.

Warum ist der Himmel blau? Es ist schwierig, eine Antwort auf eine so einfache Frage zu finden. Viele Wissenschaftler haben über die Antwort gerätselt. Die beste Lösung des Problems wurde vor etwa 100 Jahren von einem englischen Physiker vorgeschlagen Herr John Rayleigh.

Die Sonne strahlt ein blendend reines weißes Licht aus. Die Farbe des Himmels sollte also dieselbe sein, aber er ist immer noch blau. Was passiert mit weißem Licht in der Erdatmosphäre?

Weißes Licht ist eine Mischung aus farbigen Strahlen. Mit einem Prisma können wir einen Regenbogen machen.

Das Prisma zerlegt den weißen Strahl in farbige Streifen:

■Rot

■Orange

■ Gelb

■ Grün

■ Blau

■ Lila

Zusammen ergeben diese Strahlen wieder weißes Licht. Es ist davon auszugehen, dass Sonnenlicht zunächst in farbige Bestandteile aufgespalten wird. Dann passiert etwas und nur blaue Strahlen erreichen die Erdoberfläche.

Warum ist der Himmel blau?

Es gibt mehrere mögliche Erklärungen. Die Luft, die die Erde umgibt, ist ein Gasgemisch: Stickstoff, Sauerstoff, Argon und andere. Die Atmosphäre enthält auch Wasserdampf und Eiskristalle. Staub und andere kleine Partikel schweben in der Luft. Die Ozonschicht befindet sich in der oberen Atmosphäre. Könnte dies der Grund sein? Einige Wissenschaftler glaubten, dass Ozon und Wassermoleküle rote Strahlen absorbieren und blaue durchlassen. Aber es stellte sich heraus, dass es einfach nicht genug Ozon und Wasser in der Atmosphäre gab, um den Himmel blau zu färben.

1869 ein Engländer John Tyndall schlug vor, dass Staub und andere Partikel Licht streuen. Blaues Licht wird am wenigsten gestreut und durchdringt Schichten solcher Partikel, um die Erdoberfläche zu erreichen. In seinem Labor erstellte er ein Smogmodell und beleuchtete es mit einem hellen weißen Strahl. Der Smog wurde tiefblau. Tyndall entschied, dass nichts das Licht streuen würde, wenn die Luft absolut rein wäre, und wir könnten den strahlend weißen Himmel bewundern. Lord Rayleigh unterstützte diese Idee ebenfalls, aber nicht lange. 1899 veröffentlichte er seine Erklärung:

Es ist die Luft, nicht Staub oder Rauch, die den Himmel blau färbt.

Grundlegende Theorie über die blaue Farbe des Himmels

Ein Teil der Sonnenstrahlen passiert die Gasmoleküle ohne mit ihnen zu kollidieren und erreicht unverändert die Erdoberfläche. Der andere wird größtenteils von Gasmolekülen absorbiert. Bei der Absorption von Photonen werden die Moleküle angeregt, das heißt, sie werden mit Energie aufgeladen und geben diese dann wieder in Form von Photonen ab. Diese sekundären Photonen haben unterschiedliche Wellenlängen und können jede Farbe von rot bis violett haben. Sie streuen in alle Richtungen: zur Erde und zur Sonne und zu den Seiten. Lord Rayleigh schlug vor, dass die Farbe des emittierten Strahls vom Vorherrschen von Quanten der einen oder anderen Farbe im Strahl abhängt. Wenn ein Gasmolekül mit Sonnenphotonen kollidiert, gibt es acht blaue Quanten für ein sekundäres rotes Quant.

Warum ist der Sonnenuntergang dann rot?

Allerdings ist der Himmel nicht immer blau. Da stellt sich natürlich die Frage: Wenn wir den ganzen Tag blauen Himmel sehen, warum ist dann der Sonnenuntergang rot? Rot wird am wenigsten von Gasmolekülen diffundiert. Während des Sonnenuntergangs nähert sich die Sonne dem Horizont und der Sonnenstrahl wird nicht senkrecht wie tagsüber, sondern schräg auf die Erdoberfläche gerichtet.

Daher ist der Weg, den es durch die Atmosphäre nimmt, viel länger als am Tag, wenn die Sonne hoch steht. Aus diesem Grund wird das blau-blaue Spektrum in einer dicken Schicht der Atmosphäre absorbiert und erreicht die Erde nicht. Und längere Lichtwellen des rot-gelben Spektrums erreichen die Erdoberfläche und färben den Himmel und die Wolken in den für den Sonnenuntergang charakteristischen roten und gelben Farben.

wissenschaftliche Erklärung

Oben haben wir die Antwort in relativ einfacher Sprache gegeben. Im Folgenden werden wir die Begründung mit wissenschaftlichen Begriffen und Formeln zitieren.

Auszug aus Wiki:

Der Himmel sieht blau aus, weil Luft kurzwelliges Licht stärker streut als langwelliges Licht. Die Intensität der Rayleigh-Streuung ist aufgrund von Schwankungen in der Anzahl der Luftgasmoleküle in Volumina entsprechend den Lichtwellenlängen proportional zu 1 / λ 4, λ ist die Wellenlänge, d. H. Der violette Teil des sichtbaren Spektrums wird ungefähr 16 gestreut mal intensiver als rot. Da blaues Licht am Ende des sichtbaren Spektrums eine kürzere Wellenlänge hat, streut es mehr in der Atmosphäre als rotes. Aus diesem Grund hat der Teil des Himmels außerhalb der Sonnenrichtung eine blaue Farbe (aber nicht violett, da das Sonnenspektrum ungleichmäßig ist und die Intensität der violetten Farbe darin geringer ist, und auch aufgrund der geringeren Empfindlichkeit von das Auge zu Violett und mehr zu Blau, was nicht nur diejenigen irritiert, die für blaue Zapfen in der Netzhaut empfindlich sind, sondern auch für rotes und grünes Licht).

Während des Sonnenuntergangs und der Morgendämmerung wandert das Licht tangential zur Erdoberfläche, sodass der Weg, den das Licht in der Atmosphäre zurücklegt, viel länger wird als tagsüber. Aus diesem Grund wird der größte Teil des blauen und sogar grünen Lichts vom direkten Sonnenlicht gestreut, sodass das direkte Licht der Sonne sowie die von ihm beleuchteten Wolken und der Himmel in Horizontnähe rot werden.

Wahrscheinlich kann bei einer anderen Zusammensetzung der Atmosphäre, beispielsweise auf anderen Planeten, die Farbe des Himmels, auch bei Sonnenuntergang, unterschiedlich sein. Zum Beispiel ist die Farbe des Himmels auf dem Mars rötlich-rosa.

Streuung und Absorption sind die Hauptursachen für die Dämpfung der Lichtintensität in der Atmosphäre. Die Streuung variiert in Abhängigkeit vom Verhältnis des Durchmessers des streuenden Partikels zur Wellenlänge des Lichts. Wenn dieses Verhältnis kleiner als 1/10 ist, tritt Rayleigh-Streuung auf, bei der der Streukoeffizient proportional zu 1/λ 4 ist. Bei größeren Werten des Verhältnisses der Größe der streuenden Teilchen zur Wellenlänge ändert sich das Streugesetz gemäß der Gustave-Mie-Gleichung; wenn dieses Verhältnis größer als 10 ist, sind die Gesetze der geometrischen Optik mit ausreichender Genauigkeit für die Praxis anwendbar.

Sonnenlicht ist weiß, das heißt, es enthält alle Farben des Spektrums. Es scheint, dass der Himmel auch weiß sein sollte, aber er ist blau.

Sicherlich kennt Ihr Kind den Satz „Jeder Jäger will wissen, wo der Fasan sitzt“, der hilft, sich an die Farben des Regenbogens zu erinnern. Und ein Regenbogen ist der beste Weg, um zu verstehen, wie sich Licht in Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen aufteilt. Die längste Wellenlänge ist für Rot, die kürzeste für Violett und Blau.

Die Luft, die Gasmoleküle, Eiskristalle und Wassertropfen enthält, streut Licht mit einer kürzeren Wellenlänge stärker, sodass am Himmel achtmal mehr blaue und violette Farben zu sehen sind als rote. Dieser Effekt wird als Rayleigh-Streuung bezeichnet.

Ziehen Sie eine Analogie zu Kugeln, die eine Wellpappe herunterrollen. Je größer der Ball, desto unwahrscheinlicher ist es, dass er vom Kurs abkommt oder stecken bleibt.

Erklären Sie, warum der Himmel keine anderen Farben haben kann

Warum ist der Himmel nicht lila?

Es ist logisch anzunehmen, dass der Himmel lila sein sollte, weil diese Farbe die kürzeste Wellenlänge hat. Aber hier kommen die Eigenschaften des Sonnenlichts und die Struktur des menschlichen Auges ins Spiel. Das Spektrum des Sonnenlichts ist ungleichmäßig, es enthält weniger Violetttöne als andere Farben. Und ein Teil des Spektrums ist für das menschliche Auge nicht sichtbar, was den Anteil der Purpurtöne am Himmel weiter reduziert.

Warum ist der Himmel nicht grün?

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Ein Kind mag fragen: "Da die Streuung mit abnehmender Wellenlänge zunimmt, warum ist der Himmel dann nicht grün?" Nicht nur blaue Strahlen werden in der Atmosphäre gestreut. Ihre Welle ist die kürzeste, daher sind sie am auffälligsten und hellsten. Aber wenn das menschliche Auge anders angeordnet wäre, würde uns der Himmel grün erscheinen. Schließlich ist die Wellenlänge dieser Farbe etwas länger als die von Blau.

Licht ist anders angeordnet als Farbe. Wenn Sie grüne, blaue und violette Farben mischen, erhalten Sie eine dunkle Farbe. Bei Licht ist es umgekehrt: Je mehr Farben gemischt werden, desto heller wird das Ergebnis.

Erzähl mir vom Sonnenuntergang

Wir sehen blauen Himmel, wenn die Sonne von oben scheint. Wenn es sich dem Horizont nähert und der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen abnimmt, verlaufen die Strahlen tangential und passieren einen viel größeren Weg. Aus diesem Grund werden Wellen des blau-blauen Spektrums in der Atmosphäre absorbiert und erreichen die Erde nicht. Rote und gelbe Farben zerstreuen sich in der Atmosphäre. Daher färbt sich der Himmel bei Sonnenuntergang rot.

Typ