انتشار این مقاله


دستاوردهای عظیم (۲۲): کشف طیف مرئی توسط آیزاک نیوتن

نیوتن با عبور دادن نور سفید از درون یک منشور موفق به شناسایی هفت رنگ تشکیل‌دهندۀ آن شد.

اگر در رشتۀ ریاضی تحصیل کرده باشید، احتمالاً در دورۀ دبیرستان از حسابان فراری بوده‌اید. شاید برایتان جالب باشد که بدانید پایه‌گذار حسابان، نقش بسیار پررنگی در توسعۀ چرخه رنگ‌ها داشته که امروزه از آن استفادۀ فراوانی می‌شود. شالودۀ چرخه رنگ‌ها به اواسط قرن هفدهم باز می‌گردد. در این دوره، مطالعات آیزاک نیوتن (Isaac Newton) روی نور سفید (یا مرئی) به کشف طیف مرئی نور توسط وی انجامید. طیف مرئی نور زمانی حاصل می‌شود که نور سفید از خلال جسمی شفاف (مانند منشور) عبور داده شود. نیوتن پس از عبور دادن نور از منشور خود، کیفیت شکست رنگ‌های مختلف تشکیل‌دهندۀ نور مرئی را به دقت مورد مطالعه قرارد داد. احتمالاً شما هم با اصطلاح ROYGBIV برخورد کرده‌اید که از کنار هم قرار گرفتن حرف اول رنگ‌های موجود در طیف مرئی نور تشکیل شده است. این رنگ‌ها عبارتند از: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش. معادل ROYGBIV در فارسی “قنزسانب” می‌باشد، ولی به اندازۀ همتای لاتین خود جذاب نیست. ROYGBIV در اصل، حاصل تلاش‌های نیوتن می‌باشد.


دستاورد: طیف مرئی نور

سال ارائه: ۱۶۷۲

کاشف: آیزاک نیوتن


حوالی سال ۱۶۶۵ بود که نیوتن با عبور دادن نور سفید از درون یک منشور موفق به شناسایی هفت رنگ تشکیل‌دهندۀ آن شد. عدد هفت در این‌جا لزوماً به این معنی نیست که نیوتن هفت رنگ مجزا و قابل تشخیص را در طیف مرئی نور مشاهده کرده؛ بلکه هفت از این دیدگاه وی ناشی شده بوده که رنگ‌های رنگین‌کمان هم‌ارز با نت‌های موجود در یک گام موسیقی است.

طیف مرئی و ارتباط آن با موسیقی

شاید تشخیص هر هفت رنگ کمی دشوار به نظر برسد، ولی معرفی هفت رنگ به منظور برقراری نوعی رابطه هم‎ارزی با نت‌های موسیقی، یکی از کارهای بسیار جالب و شاخصی است که نیوتن در حیات خود انجام داده است.  همان‌طور که اشاره کردیم توجیه این کار را نمی‌توان در نتیجۀ آزمایش‌های وی جست‌وجو کرد، بلکه هفت رنگ سازندۀ طیف نور مرئی نمود عینی ذهنیت نیوتن از تشابه نور به موسیقی است.

طیف مرئی نور
یادداشت‌های رنگارنگ: در چرخه رنگ‌های نیوتن، رنگ‌ها در جهت حرکت عقربه‌های ساعت و به همان ترتیبی که طیف رنگی موجود در رنگین‌کمان را ایجاد می‌کنند، کنار هم قرار گرفته‌اند. به هر کدام از شعاع‌های جداکنندۀ مرز بین دور رنگ، یک حرف نسبت داده شده است. این حروف هم‌ارز با نت‌ها در گام موسیقی است (که در این مورد به خصوص که سبک دوریانی نامیده می‌شود، گام بدون هرگونه دیز یا بمل با حرف D آغاز شده است). فرضیه همانندی نور و موسیقی به این دلیل در ذهن وی شکل گرفت که در دیدگاه او، رنگ بنفش نوعی تکرار از رنگ قرمز بوده و شبیه به تکرار دو نت در دو انتهای یک اکتاو می‌باشد. نیوتن هم‌چنین دو رنگ نارنجی و نیلی را به نقاطی از چرخه اضافه نمود که در آن نیم‌پرده‌ها ظاهر شده و یک اکتاو کامل را می‌سازد: بین E و F (نارنجی) و بین B و C (نیلی).

نیوتن در گزارش آزمایش‌های خود آورده است که در حین انجام آزمایش منشور از یکی از دوستان خود خواسته مرز بین رنگ‌های مختلف را که روی دیوار مقابل منشور افتاده بوده، علامت‌گذاری نماید؛ و خود در ادامه هر یک از این محدوده‌های بین مرزی را نام‌گذاری کرده است. نیوتن در این نمودار – که نسخه اولیه چرخه رنگ‌ها محسوب می‌شود – نشان داده که دو رنگ نارنجی و نیلی هم‌ارز با نیم‌پرده در گام موسیقی است (که دلیل آن را در شکل بالا مشاهده می‌کنید). آن‌طور که پیتر پسیک (Peter Pesic) در کتابMusic and the Making of Modern Science  آورده، کاملاً مشخص نیست که آیا همکار نیوتن واقعاً مرز بین این دو رنگ را مشخص کرده بوده و یا این که نیوتن از روی عمد رنگ‌های نارنجی و نیلی را به چرخه رنگ‌ها اضافه کرده تا با دیدگاه پیشین خود منافاتی نداشته باشد. هر چه که بوده، این اقدام نیوتن اتفاقات مهمی را در ادامه رقم زده است. پسیک در کتاب خود می‌گوید:

دیدگاه نیوتن مبنی بر همانندی نور و موسیقی، سرچشمۀ این عقیده است که دو رنگ نارنجی و نیلی اجزای ذاتی طیف مرئی نور محسوب می‌شوند؛ حتی با وجود آن که تمییز دادن رنگ‌های نیلی از آب و نارنجی از زرد در این طیف – اگر غیرممکن هم نباشد – بسیار دشوار است.

نیوتن با این که بعدها متوجه شد که تئوری رنگ وی تماماً صحیح نیست، ولی باز هم روی آن پافشاری نمود. او هنگام مطالعۀ بیشتر بر روی اشکال حلقه‌مانند رنگین‌کمانی مشهود بر سطوح آلوده به نفت دریافت که نتیجه‌گیری قبلی وی کاملاً معتبر نیست. بر اساس ارتباط بین شعاع این حلقه‌های رنگی – که امروزه تحت عنوان حلقه‌های نیوتن شناخته می‌شوند – بازۀ بین قرمز تا بنفش معادل یک اکتاو نمی‌باشد، بلکه بیشتر شبیه به یک “ششم بزرگ” یا major sixth است. در تئوری موسیقی، فاصلۀ بین دو نت هم‌نام متوالی، اکتاو یا هنگام نامیده می‌شود که برابر با هشت نت است. ششم بزرگ، همان‌طور که از نامش پیداست، فاصله‌ای در موسیقی است که از شش نت تشکیل شده باشد. پسیک معتقد است نیوتن به جای اصلاح تئوری خود، سعی کرد با ارائه‌ی یک توجیه نادرست ششم بزرگ را معادل با اکتاو جلوه دهد.

ولی همان‌طور که موسیقی‌دانان و فیزیک‌دانان هم می‌دانند، این دو معادل هم نیستند. اصطلاح اکتاو در فیزیک به معنای بازۀ فرکانسی بین x تا ۲x می‌باشد. تعریف فیزیکی برای اصطلاح آن در موسیقی هم صدق می‌کند. اگر نور رفتاری شبیه به موسیقی داشت، در آن صورت باید فرکانس فوتون‌های موجود در طیف مرئی نور در بازۀ x تا ۲x قرار می‌گرفت. به علاوه، می‌دانیم که رابطۀ معکوسی هم بین طول موج و فرکانس برقرار است. با این حال، طول موج طیف مرئی نور بین ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر می‌باشد، که اگر قرار بود از تعریف اکتاو پیروی کند باید در ۸۰۰ نانومتر تمام می‌شد (x و ۲x). از همین رو، اگر نور مرئی را بتوانیم به صدا تبدیل کنیم، معادل با یک ششم بزرگ خواهد بود.

هر چند امروزه فرضیۀ نیوتن مبنی بر همانندی نور و موسیقی دیگر معتبر نیست، ولی اساس آزمایش وی و طیف مرئی نور کاملاً صحت دارد. چرخه رنگ‌های نیوتن قدم بسیار بزرگی در جهت درک بهتر طبیعت نور محسوب می‌شود. حتی اگر خود نتوانید رنگ نیلی را در رنگین‌کمان تشخیص دهید، می‌دانید که در ROYGBIV وجود دارد؛ و خود این اصطلاح نمود عینی تلاش عجیب نیوتن برای نام‌گذاری هفت رنگ مختلف در طیف مرئی نور است تا در نهایت شباهتی بین آن و موسیقی ایجاد شود.


میلاد شیرولیلو


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *