प्रकाश

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File:Light dispersion conceptual waves.gif

एक त्रिकोणीय फैलाव प्रिज्म फैलाव (प्रकाशिकी) सफेद प्रकाश की किरण। लंबी तरंग दैर्ध्य (लाल) और छोटी तरंग दैर्ध्य (नीला) अलग हो जाती हैं।

प्रकाश या दृश्य प्रकाश विद्युतचुंबकीय स्पेक्ट्रम के उस हिस्से के अंदर विद्युत चुम्बकीय विकिरण है जो मानव आंख द्वारा दृश्य प्रकाश है। दृश्यमान प्रकाश को सामान्यतः 400-700 नैनोमीटर (एनएम) की सीमा में तरंग दैर्ध्य के रूप में परिभाषित किया जाता है, जो अवरक्त (लंबी तरंग दैर्ध्य के साथ) और पराबैंगनी (छोटी तरंग दैर्ध्य के साथ) के बीच 750–420 टेराहर्ट्ज़ (इकाई) की आवृत्ति के अनुरूप होता है।

भौतिकी में, प्रकाश शब्द किसी भी तरंग दैर्ध्य के विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अधिक व्यापक रूप से संदर्भित कर सकता है, चाहे वह दृश्यमान हो या नहीं हो। इस अर्थ में, गामा किरणें, एक्स-रे, माइक्रो तंरग और रेडियो तरंगें भी प्रकाश हैं। प्रकाश के प्राथमिक गुण तीव्रता (भौतिकी), प्रसार दिशा, आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य स्पेक्ट्रम और ध्रुवीकरण (तरंगें) हैं। इसकी प्रकाश की गति, 299 792 458 मीटर प्रति सेकंड (m/s), प्रकृति के मूलभूत भौतिक स्थिरांक में से एक है। सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरह, दृश्य प्रकाश बड़े पैमाने पर प्राथमिक कणों द्वारा फैलता है जिसे फोटॉन कहा जाता है जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है, और दोनों तरंग-कण द्वैत के रूप में विश्लेषण किया जा सकता है। प्रकाश का अध्ययन, जिसे प्रकाशिकी के रूप में जाना जाता है, आधुनिक भौतिकी में एक महत्वपूर्ण शोध क्षेत्र है।

पृथ्वी पर प्राकृतिक प्रकाश का मुख्य स्रोत सूर्य है। ऐतिहासिक रूप से, मनुष्यों के लिए प्रकाश का एक अन्य महत्वपूर्ण स्रोत प्राचीन कैम्पफायर से लेकर आधुनिक केरोसिन लैंप तक आग रहा है। इलेक्ट्रिक प्रकाश के विकास और विद्युत शक्ति संचरण के इतिहास के साथ, इलेक्ट्रिक प्रकाश ने प्रभावी रूप से फायरप्रकाश को बदल दिया है।

विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम और दृश्य प्रकाश

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दृश्यमान स्पेक्ट्रम के साथ विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम पर प्रकाश डाला गया

Main article: विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम

सामान्यतः, विद्युत चुम्बकीय विकिरण (ईएमआर) को तरंग दैर्ध्य द्वारा रेडियो तरंगों, माइक्रो तंरग, अवरक्त, दृश्य स्पेक्ट्रम में वर्गीकृत किया जाता है जिसे हम प्रकाश, पराबैंगनी, एक्स-रे और गामा किरणों के रूप में देखते हैं। पदनाम विकिरण में स्थैतिक प्रकाश, चुंबकीय क्षेत्र और निकट और दूर क्षेत्र सम्मिलित नहीं है।

ईएमआर का व्यवहार उसकी तरंगदैर्घ्य पर निर्भर करता है। उच्च आवृत्तियों की तरंग दैर्ध्य कम होती है और कम आवृत्तियों में लंबी तरंग दैर्ध्य होती है। जब ईएमआर एकल परमाणुओं और अणुओं के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो इसका व्यवहार प्रति क्वांटम ऊर्जा की मात्रा पर निर्भर करता है।

दृश्य प्रकाश क्षेत्र में ईएमआर में क्वांटम (फोटॉन कहा जाता है) होता है जो ऊर्जा के निचले सिरे पर होते हैं जो अणुओं के अंदर इलेक्ट्रॉनिक उत्तेजना उत्पन्न करने में सक्षम होते हैं, जिससे अणु के बंधन या रसायन शास्त्र में परिवर्तन होता है। दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम के निचले सिरे पर, ईएमआर मनुष्यों (इन्फ्रारेड) के लिए अदृश्य हो जाता है क्योंकि इसके फोटॉनों में अब मानव रेटिना में दृश्य अणु रेटिना में स्थायी आणविक परिवर्तन (रचना में परिवर्तन) का कारण बनने के लिए पर्याप्त व्यक्तिगत ऊर्जा नहीं होती है, जो परिवर्तन दृष्टि की अनुभूति को समझता है।

जो विभिन्न प्रकार के इन्फ्रारेड के प्रति संवेदनशील होते है किन्तु क्वांटम-अवशोषण के माध्यम से नहीं होते है । सांपों में इन्फ्रारेड सेंसिंग एक तरह की प्राकृतिक थर्मल इमेजिंग पर निर्भर करता है, जिसमें सेलुलर पानी के छोटे पैकेट इंफ्रारेड विकिरण द्वारा तापमान में बढ़ाए जाते हैं। इस श्रेणी में ईएमआर आणविक कंपन और ताप प्रभाव का कारण बनता है, जिससे ये जानवर इसका पता लगाते हैं।

दृश्यमान प्रकाश की सीमा के ऊपर, पराबैंगनी प्रकाश मनुष्यों के लिए अदृश्य हो जाता है, क्योंकि यह 360 नैनोमीटर से नीचे के कॉर्निया और 400 एनएम से नीचे के आंतरिक दर्पण द्वारा अवशोषित होता है। इसके अतिरिक्त, मानव आंख के रेटिना में स्थित रॉड सेल और कोन सेल बहुत कम (360 एनएम से नीचे) पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य का पता नहीं लगा सकते हैं और वास्तव में पराबैंगनी द्वारा क्षतिग्रस्त होते है हैं। आंखों वाले कई जानवर जिन्हें दर्पण की आवश्यकता नहीं होती है (जैसे कि कीड़े और झींगा) क्वांटम फोटॉन-अवशोषण तंत्र द्वारा पराबैंगनी का पता लगाने में सक्षम होते हैं, उसी रासायनिक विधियों से जैसे मनुष्य दृश्य प्रकाश का पता लगाते हैं।

विभिन्न स्रोत दृश्यमान प्रकाश को संकीर्ण रूप से 420–680 एनएम . के रूप में परिभाषित करते हैं मोटे तौर पर 380-800 एनएम तक। आदर्श प्रयोगशाला परिस्थितियों में, लोग कम से कम 1,050 एनएम तक इंफ्रारेड देख सकते हैं; बच्चे और युवा वयस्क पराबैंगनी तरंग दैर्ध्य को लगभग 310-313 एनएम तक देख सकते हैं।

पौधों की वृद्धि प्रकाश के रंग स्पेक्ट्रम से भी प्रभावित होती है, एक प्रक्रिया जिसे फोटोमोर्फोजेनेसिस कहा जाता है।

प्रकाश की गति

Main article: प्रकाश की गति

File:Rocca dell'Abisso, Fondachelli Fantina, Sicilia.JPG

फोंडाचेली-फैंटिना, सिसिली में रोक्का इल'एबिसु की गुहा के अंदर सूर्य प्रकाश की किरण

निर्वात में प्रकाश की गति को ठीक 299 792 458 मीटर प्रति सेकंड मी/सेकण्ड (लगभग 186,282 मील प्रति सेकंड) के रूप में परिभाषित किया गया है। एसआई इकाइयों में प्रकाश की गति का निश्चित मान इस तथ्य से उत्पन्न होता है कि मीटर को अब प्रकाश की गति के संदर्भ में परिभाषित किया गया है। सभी प्रकार के विद्युत चुम्बकीय विकिरण निर्वात में ठीक इसी गति से चलते हैं।

विभिन्न भौतिकविदों ने पूरे इतिहास में प्रकाश की गति को मापने का प्रयास किया है। गैलीलियो गैलीली ने सत्रहवीं शताब्दी में प्रकाश की गति को मापने का प्रयास किया। 1676 में डेनमार्क के भौतिक विज्ञानी ओले रोमर द्वारा प्रकाश की गति को मापने के लिए प्रारंभिक प्रयोग किया गया था। एक दूरबीन का उपयोग करते हुए, रोमर ने बृहस्पति और उसके एक प्राकृतिक उपग्रह, Io (चंद्रमा) की गति का अवलोकन कियाकिआ था । आयो की कक्षा की स्पष्ट अवधि में विसंगतियों को देखते हुए, उन्होंने गणना की कि प्रकाश को पृथ्वी की कक्षा के व्यास को पार करने में लगभग 22 मिनट लगते हैं। चूंकि, उस समय इसका आकार ज्ञात नहीं था। यदि रोमर को पृथ्वी की कक्षा का व्यास ज्ञात होता, तो वह 227,000,000 मीटर/सेकेंड की गति की गणना करने में सफल हो जाता।

प्रकाश की गति का एक और अधिक स्पष्ट माप यूरोप में 1849 में हिप्पोलीटे फ़िज़ौ द्वारा किया गया था। फ़िज़ौ ने कई किलोमीटर दूर एक दर्पण पर प्रकाश की किरण को निर्देशित किया था । स्रोत से दर्पण तक यात्रा करते समय प्रकाश पुंज के मार्ग में एक घूमने वाला कोग व्हील रखा गया और फिर अपने मूल स्थान पर लौट आया। फ़िज़ौ ने पाया कि घूर्णन की एक निश्चित दर पर, बीम बाहर के रास्ते में पहिया के एक अंतर से और अगले रास्ते में पीछे से गुजरेता है । दर्पण से दूरी, पहिए पर दांतों की संख्या और घूमने की दर जानने के बाद, फ़िज़्यू प्रकाश की गति की गणना 313 000 000 m/s के रूप में करने में सक्षम था।

लियोन फौकॉल्ट ने 1862 में एक प्रयोग किया जिसमें 298 000 000 m/s का मान प्राप्त करने के लिए घूमने वाले दर्पणों का उपयोग किया गया था । अल्बर्ट ए माइकलसन ने 1877 से 1931 में अपनी मृत्यु तक प्रकाश की गति पर प्रयोग किए थे। उन्होंने 1926 में माउंट विल्सन (कैलिफ़ोर्निया) से एक गोल यात्रा करने के लिए प्रकाश में लगने वाले समय को मापने के लिए उत्तम घूर्णन दर्पणों का उपयोग करके फौकॉल्ट के विधियोंं को परिष्कृत किया। कैलिफोर्निया में माउंट सैन एंटोनियो के लिए। स्पष्ट माप से 299 796 000 m/s की गति प्राप्त हुई।

साधारण पदार्थ वाले विभिन्न पारदर्शी पदार्थों में प्रकाश का प्रभावी वेग निर्वात की तुलना में कम होता है। उदाहरण के लिए, पानी में प्रकाश की गति निर्वात में प्रकाश की गति से लगभग 3/4 है।

कहा जाता है कि भौतिकविदों की दो स्वतंत्र टीमों ने रूबिडियम तत्व के बोस-आइंस्टीन कंडेनसमुच्चय, हार्वर्ड यूनिवर्सिटी की एक टीम और कैम्ब्रिज, मैसाचुसमुच्चय्स में रॉलैंड इंस्टीट्यूट फॉर साइंस और दूसरी हार्वर्ड- स्मिथसोनियन सेंटर फॉर एस्ट्रोफिजिक्स, कैम्ब्रिज में भी खोज की थी । चूंकि, इन प्रयोगों में प्रकाश के रुकने का लोकप्रिय विवरण केवल परमाणुओं की उत्तेजित अवस्थाओं में संग्रहीत प्रकाश को संदर्भित करता है, फिर बाद में इच्छानुसार से फिर से उत्सर्जित होता है, जैसा कि एक दूसरे लेजर पल्स द्वारा उत्तेजित किया जाता है। जिस समय यह रुका था, उस समय उसका प्रकाश होना बंद हो गया था।

प्रकाशिकी

File:Linear visible spectrum.svg

Main article: प्रकाशिकी

प्रकाश का अध्ययन और प्रकाश और पदार्थ की परस्पर क्रिया को प्रकाशिकी कहा जाता है। प्रकाशीय परिघटनाओं जैसे इंद्रधनुष और ऑरोरा (खगोल विज्ञान) के अवलोकन और अध्ययन से प्रकाश की प्रकृति के बारे में कई प्रमाण मिलते हैं।

अपवर्तन

Main article: अपवर्तन

File:Optical refraction at water surface.jpg

अपवर्तन के कारण, पानी में डूबा हुआ पुआल मुड़ा हुआ दिखाई देता है और छिछले कोण से देखने पर रूलर स्केल संकुचित हो जाता है।

अपवर्तन एक पारदर्शी सामग्री और दूसरे के बीच की सतह से गुजरने पर प्रकाश किरणों का झुकाव है। यह स्नेल के नियम द्वारा वर्णित है:

$n_{1}\sin \theta _{1}=n_{2}\sin \theta _{2}\ .$

जहां θ₁ किरण पहले माध्यम में सामान्य (ज्यामिति) सतह के बीच का कोण है, θ₂ दूसरे माध्यम में सामान्य सतह के बीच का कोण है और n₁ और n₂ अपवर्तन के सूचकांक हैं, n = 1 निर्वात में और n > 1 एक पारदर्शिता और पारभासी रासायनिक पदार्थ में होता है ।

जब प्रकाश की किरण निर्वात और दूसरे माध्यम के बीच या दो अलग-अलग माध्यमों के बीच की सीमा को पार करती है, तो प्रकाश की तरंग दैर्ध्य बदल जाती है, किन्तु आवृत्ति स्थिर रहती है। यदि प्रकाश का पुंज सीमा पर ऑर्थोगोनैलिटी (या सामान्य रूप से) नहीं है, तो तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के परिणामस्वरूप बीम की दिशा में परिवर्तन होता है। दिशा के इस परिवर्तन को अपवर्तन के रूप में जाना जाता है।

छवियों के स्पष्ट आकार को बदलने के लिए दर्पण (प्रकाशिकी) की अपवर्तक गुणवत्ता का उपयोग अधिकांशतः प्रकाश में हेरफेर करने के लिए किया जाता है। आवर्ध�