Kırmızı ışık neden Mor ışıktan hızlıdır?

Merhaba Ahmet,

Bu işin uzmanı olmamak ile birlikte sorularına yaptığım araştırmalar ve kişisel bilgi sınırlarım dahilinde cevap vermeye çalışacağım.

Öncelikle bahsettiğin olay yanılmıyorsam ışık prizma içerisine girdiği zaman yaşanıyor.

Farklı dalga boylarının, aynı ortamda farklı kırılma indeksleri gibi sonuç verdiği söylenebilir. Sanırım daha kısa dalga boyları (enerji yoğun) daha çok kırılıyor ve daha çok gecikiyor.

Eğer cam dikdörtgen prizma ise çıkışta fotonlar ters yönlü kırıldığı için çıkış açıları girişle aynı oluyor. Çok fazla bir saçılma olmuyor.

Ama üçgen prizmada durum biraz farklı. Prizma boyunca yol alan fotonlar farklılaşıyor ve çıkış açıları da farklılaştığı için saçılma oluyor.

Fotonlar uzayda aynı hızda olduğuna göre cam içinde de farklı dalga boylarının hızlarını aynı olmasını varsayıyoruz ama ne yazık ki böyle olmuyor. Örneğin kırılma indeksi beyaz için 2 olursa. Kırmızı ışık (uzun dalga boyu) için 2.1 olurken mor ışık için aynı camın kırılma indeksi 2.3 oluyor.

Kırılma dediğimiz olayda, her ışık dalgası farklı enerji seviyelerindeki elektronları uyaracaktır. Kısa dalga boylu yüksek enerjili fotonlar daha yüksek enerji (titreşim) seviyedeki elektronları uyarırken, daha düşük enerji seviyeli olanlar daha düşük enerji seviyesindeki elektronları uyaracaktır.

Beyaz ışık içinde gelen farklı dalgalardaki fotonlar prizmaya girdikleri zaman ilk olarak bu şekilde ayrışıyor olmalı.

Yörünge değiştiren elektron, ışıyarak eski seviyesine dönerken bıraktığı fotonda, bir sonraki atomun uyumlu elektronu ile etkileşime geçiyor olması lazım. Bu şekilde farklı fotonlar, farklı elektron seviyeleri ile etkileşirken de saçılma artıyor olmalı. Sonunda çıkışa geldiklerinde artık birbirlerinden tamamen ayrışmış olmalılar.

Elektronların uyarılma seviyeleri farklı olduğu için, ışıma esnasında açılar farklılaşıyor.

Sanırım farklı seviyedeki elektronlar arasında mesafe olduğu için, fotonların elektronlarca absorbe edilip, tekrar ışıması ve bir sonraki atomun elektronlarına aktarılması süreleri arasında da farklılıklar oluyor olmalı. (Dış yörüngeler arasındaki (daha uzun dalga boylu) foton alışverişi daha kolay gerçekleşiyor.

1. Kaynağa koyduğum sitede kabuklardaki elektron seviyelerinin değişimi- atlaması ile yapılan ışımanın frekansları gösteriliyor.

Sağlıcakla :)

Öncelikle bu doğru değil. Işığın tüm renkleri için hız aynı koşullarda aynıdır. Işığın rengine göre hızı değişmez. Ancak prizmaya girdiğinde ışık hızı azlır ve tüm azalma aynı miktarda olur. Işığın cam içindeki hızı 0,67 c kadardır. Boşluktaki c hızının yaklaşık 2/3'ü kadar. Ancak kırmızı ışık ve mor ışık farklı açılarda ilerler prizma içinde. Bunun ana nedeni şudur:

Işık bir elektromanyetik dalgadır ve ışığın hızı 1/kök(mü*epsilon) kadardır. Buradaki mü, ortamın manyetik geçirgenliği, epsilon ise elektriksel geçirgenliğidir. Boşlukta bu iki büyüklük minimum düzeydedir. o yüzden de ışık maksimum hızı olan c ile hareket eder. Ancak camın içinde mü aynı kalsa da epsilon belirgin biçimde artar. O yüzden ışığın hızı düşer. Bu her renk için aynıdır. Değişmez. Dikkat ederseniz ifadede dalgaboyu veya frekans ile ilgili bir değişken yok. Ama neden kırmızı ve mor aynı açıyla kırılmıyor?

Çünkü kırıcılık indisi dediğimiz büyüklük ışığın elektriksel geçirgenliğine bağlı olduğu gibi, elektriksel alınganlık denen bir büyüklüğe de bağlıdır. Bu büyüklük de dalgaboyuna duyarlıdır. Yani dalga boyu değişince kırıcılık indisi değişiyor. Kırmızı ışık için kırıcılık indisi farklı, mor ışık için farklıdır. Bu fark çok düşüktür ama açı farkı yaratmaya yeter. Biz camın kırıcılık indisinden söz ederken ortalama bir değer veriyoruz genelde.

Özetle, maddesel ortamda ışığın hızı renginden bağımsız olarak aynı oranda azalır^[1][1][1]. Ancak kırıcılık indisi renge duyarlıdır. Bu nednele farklı indisler farklı açılar yaratır.