Почему небо голубое с точки зрения физики? Что такое дисперсия? Что такое спектр, дифракция, интерференция?

Вы, наверное, замечали, что маленькие дети постоянно задают вопросы: "А что?..", "А как?..", "А почему?..".  Маленькие почемучки!!! На самом деле, эта статья не совсем для детей, а, скорее всего, для их родителей. Мне кажется, что дети не поймут некоторых физических терминов, а вот родители, которые учились в школе и проходили физику, меня прекрасно поймут. Как вы уже смогли заметить, статья будет о том, почему небо голубое. Итак, давайте погрузимся в увлекательный мир физики...

Вы, наверное, думаете, что я буду много говорить разных физических терминов, опираясь на всякие законы, что тут будет много непонятных вам слов. А вот и нет! Небо кажется нам голубым из-за того, что происходит преломление света - дисперсия. Солнечные лучи рассеиваются на мельчайшие частицы в неоднородных слоях атмосферы. При этом оказывается, что волны соответствующие фиолетовому и синему цветам, рассеиваются сильнее других волн. Из-за этого нам и кажется, что Солнце бледно-желтоватого цвета, а небо - голубое.

Но такой световой и цветовой эффект виден только с Земли.  В космосе все немного иначе... Так как там нет атмосферы, то все видно в первозданном виде: Солнце на самом деле ярко-белого цвета, а небо, т.е. пространство космоса, - абсолютно черное. Сейчас мы это можем видеть благодаря разным спутникам, таким как Хаббл. Но это подтверждали и сами космонавты, побывавшие в космосе. На этом можно и закончить объяснение, почему же небо голубое, но что такое дисперсия? Если вы еще ученик младших классов или тот, кто просто запамятовал, что это такое, то постараюсь далее все подробно объяснить.

Впервые разложение белого света на спектр было изучено И.Ньютоном с помощью стеклянной призмы. Он доказал, что белый свет раскладывается в спектр, но монохроматические цвета далее на спектральные составляющие не раскладываются. Монохроматические цвета - это, например, красный, синий, фиолетовый цвет. Ньютон был приверженцем корпускулярной теории света, и объяснил это таким образом: фиолетовый цвет состоит из маленьких частиц, красный - из более больших и массивных. Частицы фиолетового цвета, притягиваясь веществом, отклоняются сильнее, чем частицы красного цвета.

Одна из важнейших формул электромагнитной теории Максвелла гласит о том, что показатель преломления электромагнитных волн n=√(eµ). Но, не буду вас нагружать разными формулами…

Изучение явлений дифракции и интерференции света показало, что цвет меняется, если меняется длина волны. А если меняется длина волны, то соответственно меняется и ее частота. Ну, вот мы и подошли к основному понятию дисперсии. Дисперсией называется зависимость скорости света в веществе от частоты волны. Электромагнитная теория Максвелла не объясняла и не могла объяснить саму дисперсию света из-за того, что в середине 19 века не были известны диэлектрические проницаемости большинства веществ. Так же дисперсию не могла объяснить и теория Френеля, довольно-таки точно объяснившая многие оптические явления, из-за того, что во времена Френеля не было еще достаточных знаний о строении вещества. Конечно, очень бы хотелось рассказать о классической электронной теории дисперсии Г. Лоренца, но, к сожалению, это очень долго и лучше выделить это в отдельную статью.

В конце хочется сказать, что в физике еще много-много неизученного и в этом вопросе, который выше освещался, тоже. Поэтому те, кто любит и очень увлечен физикой (а это очень красивый и интересный предмет) обращаюсь к вам с пламенной речью. Учите, грызите гранит науки и, может быть, вы станете такими же известными и прославленными физиками, как сэр Исаак Ньютон или Альберт Эйнштейн.