נוסח השאלה המלא: ידוע שאורך גל האור הוא המרכיב הקובע את צבעו. כאשר אור בצבע מסוים עובר מתווך אחד לתווך אחר, מהירותו משתנה (אך לא תדירותו) ולכן אורך הגל הנפלט אמורה להשתנות. אם אורך הגל משתנה מדוע צבע האור הנקלט (והנשבר בתווך) הוא אותו הצבע של האור היוצא מהתווך?
כאשר אור עובר דרך חומר כמו זכוכית, מהירותו אכן משתנה. בוואקום מהירות האור שווה ל- 300,000 ק"מ בשנייה ומסומנת c. היחס בין מהירות זו למהירות האור בחומר שווה לאינדקס השבירה של החומר והוא לעולם גדול מ-1. למשל, אינדקס השבירה של אור באוויר הוא 1.0002926, במים 1.333 ובזכוכית נע בין 1.5 ל-1.9. ההאטה נובעת מהשדות החשמליים הקיימים בתוך החומר המפעילים כוחות על האור החודר פנימה שאפשר לחשוב עליהם בפשטנות ככוחות "חיכוך" (כמו שורת חיילים העוברת בבוץ המאט אותם).
בגלל השינוי במהירות, האור נשבר בהיכנסו לחומר וביציאתו מהחומר כפי שנראה בציור הבא:
איור סכימטי המדגים את שינוי המהירות של אור העובר דרך תווך
השבירה נובעת מעיקרון הזמן המינימלי, שאומר שאור נע (בקווים ישרים) בין שתי נקודות באופן כזה שהזמן שיחלוף יהיה הקצר ביותר. ברור שעדיף לאור לנוע מרחק גדול יותר בריק וקצר יותר בתווך (כפי שאם נרצה להגיע לטובע בים כאשר אנחנו על החוף נעדיף לרוץ יותר על החוף מאשר לשחות בים).
אורך הגל של האור בתוך התווך אכן קצר יותר מאשר מחוצה לו, ולכן היה אפשר לחשוב שהאור ייראה לנו בצבע מעט שונה בעודו משתהה שם. אבל מולקולות הקולטנים בעינינו מקבלות את תחושת הצבע דווקא מתוך התדירות ולא מאורך הגל, היות שהקולטנים עצמם עומדים במקום ורואים איך האור משתנה עם הזמן (שזו ההגדרה של תדירות). הם אינם רגישים לאורך הגל כי גודלם קטן בהרבה מאורך גל (כלומר המרחק בין שני שיאים קרובים של הגל כבר דילג על המולקולה). בזמן המעבר בתווך, התדירות עצמה נשארת זהה ואורך הגל משתנה לפי λ*=c*/ν, כאשר *λ היא אורך הגל בתווך, c* היא המהירות בתווך ו- ν היא התדירות (שכאמור זהה בתוך ומחוץ לתווך). לכן לעינינו נראה האור בתוך התווך באותו הצבע כמו מחוצה לו.
כאשר האור יוצא מהתווך הוא נשבר שוב ואורך הגל שלו חוזר להיות זה המקורי (ראה איור).
לסיכום, במהלך שני השינויים הללו צבעו של האור ייראה זהה לזה ההתחלתי.
מאת: נעה זמשטיין
המחלקה לפיזיקה כימית
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
