الفيزياء

تأثير زيمان الذي يساعد في قياس المجال المغناطيسي للشمس

تأثير زيمان الذي يساعد في قياس المجال المغناطيسي للشمس


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في أواخر القرن التاسع عشر ، كان عالم يُدعى بيتر زيمان يحرق الصوديوم في مختبره عندما اكتشف اكتشافًا ينتشر عبر مجال الكهرومغناطيسية لبقية التاريخ.

أثناء حرق الصوديوم على موقد بنسن ، كان زيمان يراقب الخطوط D الساطعة التي يصدرها هذا العنصر - بشكل أساسي فقط طيف أشعة الضوء ، على غرار تلك التي تأتي من الشمس. قرر إخضاع الصوديوم المحترق لمجال مغناطيسي ولاحظ أن الخطوط اتسعت وتغيرت.

اكتشف زيمان أن الضوء يمكن أن يتأثر بالقوى الكهرومغناطيسية. سيعرف هذا لاحقًا باسم تأثير زيمان. من أجل فهم مساهمات بيتر زيمان في مجال الفيزياء وكذلك فهم ماهية تأثير زيمان بالضبط ، دعنا نتعمق في مزيد من التفاصيل.

ما هو تأثير زيمان؟

شرح تأثير زيمان ببساطة ، هو انقسام الخط الطيفي بتأثير المجال المغناطيسي. كانت الخطوط الطيفية في حرق الصوديوم ، مثل التجربة الأصلية التي أجراها زيمان ، أقل بقليل من 600 نانومتر. في حالة الاستخدام هذه ، سيتم تقسيم الخطوط بسبب تعرضها لمجال مغناطيسي ثابت ينتج عنه خط أكثر فأكثر نشاطًا بالإضافة إلى الأصل.

ما يسبب هذا التفاعل بالضبط هو أن المجال المغناطيسي الساكن يُطلق عزم دوران على الجسيمات الكمومية في الضوء ، مما يؤثر على الزخم الزاوي لهذه الجسيمات.

فهم هذا على مستوى أكثر تقنية ، المدار p ، وهو مصطلح يستخدم لوصف الأماكن المحتملة التي يمكن أن يوجد فيها الإلكترون في أي وقت ، له ثلاث حالات كمومية محتملة يمكن أن يتدهور فيها دون أي خسارة في الطاقة. ومع ذلك ، كما لاحظنا من قبل ، فإن تعريض خطوط الضوء لمجال مغناطيسي ثابت ينتج ثلاثة مستويات مختلفة من الطاقة ، منخفضة ، وأصلية ، وعالية.

تحتوي كل حالة كمية للمدار p أيضًا على ثنائي القطب المغناطيسي المرتبط بها ، لذلك عندما يتلامس المجال المغناطيسي مع الحالات الكمومية ، فإنه يفصلها إلى ثلاثة مستويات طاقة مختلفة.

تقوم إحدى الحالتين برفع طاقة الخط ، والأخرى تخفض الطاقة ، والأخرى تظل بنفس الطاقة. نظرًا لأن هذه الحالات الكمومية تفصل الطاقات وتغيرها ، فإنها تنشئ ثلاثة خطوط طيفية مختلفة ذات طاقة مختلفة قليلاً.

ما زلت لا أتابع حقًا؟ حسنًا ، تلخيصًا لما قلته للتو ، يُعرف ذلك بأبسط حالة لتأثير زيمان ، ويُشار إليه بخلاف ذلك باسم تأثير زيمان العادي.

ذات صلة: أداة مغناطيسية تزيل الأمراض من مجموعة الدم للتجربة البشرية

بالعودة إلى الواقع لثانية ، يمكننا أن نفهم أن تأثير زيمان هو تقسيم موجات الضوء إلى طاقات مختلفة بناءً على قوى المجال المغناطيسي الساكن. فكيف يكون هذا مفيدا؟

إنه مفيد في المناطق التي نحتاج فيها لقياس شدة المجال المغناطيسي.

يربط تأثير زيمان الأطوال الموجية لموجات الضوء بقوة المجال المغناطيسي الذي تسبب في حدوثها. هذا يعني أنه مع بعض الرياضيات غير البسيطة ، يمكن للعلماء إعادة الحساب وتحديد حجم المجال المغناطيسي الأصلي الذي تسبب في تأثير زيمان في المقام الأول.

الخطوط الطيفية لمصباح بخار الزئبق بطول موجة 546.1 نانومتر ، تظهر تأثير زيمان الشاذ في الصورة أدناه.
أ. بدون مجال مغناطيسي
مع مجال مغناطيسي ، تنقسم الخطوط الطيفية كتأثير زيمان المستعرض
جيم مع مجال مغناطيسي ، انقسام مثل تأثير زيمان الطولي

هذا مفيد بشكل خاص في مراقبة ورصد المجال المغناطيسي للشمس وأجسام البلازما الأخرى. يدخل هذا أيضًا في أشكال مختلفة من التحليل الطيفي ويستخدم حتى في التصوير بالرنين المغناطيسي. هناك أيضًا فرصة أن تستفيد الطيور من تأثير زيمان للحصول على مراقبة أوثق لتغيير الحقول المغناطيسية.

الآن بعد أن بذلت قصارى جهدي لشرح تأثير زيمان واستخداماته ، دعنا نتراجع إلى اكتشافه وننظر إلى ما أدى إلى هذا المبدأ العلمي.

كيف تم اكتشاف تأثير زيمان؟

في القرن التاسع عشر ، بدأ العلماء لأول مرة في فك الشفرة والوصلات بين الكهرباء والضوء والمغناطيسية. كان أحد كبار العلماء الذين عملوا على هذا في ذلك الوقت رجلاً اسمه هندريك لورنتز. استمر لورنتز في لعب دور حاسم في اكتشاف تأثير زيمان ، لكنه أيضًا اشتق بشكل ملحوظ معادلات التحول لنظرية النسبية الخاصة لأينشتاين.

وجد لورنتز أن المواد تنبعث وتمتص الضوء عند اختلاف الأطوال الموجية الثابتة. من حيث الجوهر ، كل مادة في الوجود لها طيف مميز مختلف من الضوء الذي تنبعث منه.

في عام 1986 ، كان بيتر زيمان يدرس كيفية تأثر الضوء بالمجالات المغناطيسية. في إحدى تجاربه على حرق الصوديوم كمصدر للضوء ، لاحظ أن الخطوط في طيف الضوء قد انقسمت إلى عدة خطوط بعد تعريضها لمجال مغناطيسي.

ذات صلة: هل من الممكن أن تكون حساسًا لشبكة WI-FI؟

كان زيمان هو المجرب في هذه الحالة ، وبالتالي كان أول من لاحظ ولاحظ التأثير. كان لورنتز معلم زيمان في ذلك الوقت ، وأثناء العمل معًا ، أدركوا أن التغييرات في خطوط الضوء يمكن تفسيرها من خلال نظرية الإلكترون التي صاغها لورنتز.

بدلاً من محاولة شرح نظرية الإلكترون بنفسي ، ومن المحتمل أن أفسدها ، سأدع لورنتز يشرحها بنفسه في خطاب قبول جائزة نوبل الذي ألقاه عام 1902.

"عندما اكتشف البروفيسور زيمان اكتشافه ، نظرية الإلكترون كانت كاملة في سماتها الرئيسية وفي وضع يمكنها من تفسير الظاهرة الجديدة. إن الرجل الذي جعل الإلكترونات في العالم كله تجعلها تتأرجح مع الضوء لن يتردد في افتراض أن الإلكترونات أيضًا هي التي تهتز داخل جسيمات مادة متوهجة وتسبب انبعاث الضوء. يشكل الإلكترون المتذبذب ، كما كان ، هزاز هيرتز دقيق. إن تأثيره على الأثير المحيط مشابه تمامًا للتأثير الذي نحصل عليه عندما نتمسك بنهاية سلك مشدود ونقوم بإعداد موجات الحركة المألوفة في الحبل بتحريكه جيئة وذهابا. أما بالنسبة للقوة التي تسبب تغيرًا في الاهتزازات في مجال مغناطيسي ، فهذه هي القوة في الأساس ، والتي لاحظ أورستد مظاهرها لأول مرة ، عندما اكتشف تأثير التيار على إبرة البوصلة ".

إذا لم تكن قد التقطتها بالفعل ، فقد فاز لورنتز وزيمان بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1902 لاكتشافهما نظرية زيمان.

حتى يومنا هذا ، يستمر تأثير زيمان في مساعدة الفيزيائيين على تحديد مستوى الطاقة في الذرات وتحديد زخمها الزاوي. إنها طريقة رائعة لدراسة الرنين النووي والمغناطيسي. أخيرًا ، يتم استخدامه لقياس المجالات المغناطيسية للنجوم.

في حين أن كل هذه المجالات من المحتمل أن تكون معقدة للغاية بالنسبة لنا لفهمها تمامًا ، يمكننا أن نعترف بأن تأثير زيمان قد غير فهمنا لتفاعل الضوء المغناطيسي إلى الأبد.


شاهد الفيديو: كيف يعرف الالكترون أنك تراقبه - دكتور كوانتم (قد 2022).