.
Na optično prizmo usmerimo svetlobo s kometa. Meritev pokaže, da uklon svetlobe ni odvisen od hitrosti kometa. Drugače je pri uklonski mrežici. Tam hitrosti kometa vpliva na uklon svetlobe.
Uklon svetlobe s kometa na optični prizmi še ni izmerjen. So pa znani rezultati drugih meritev, ki kažejo, da hitrost vira svetlobe ne vpliva na uklon svetlobe na optični prizmi.
Zakaj ni tovrstne meritve uklona svetlobe na optični prizmi? Rezultati meritve ne potrjujejo doktrine o hitrosti svetlobe.
Ni meritve, ki bi na šolsko razumljiv način kazala razliko med uklonoma svetlobe na optični prizmi in uklonski mrežici, s tem pa tudi odnosa med frekvenco in valovno dolžino svetlobe.
************
Uvod
V strokovni literaturi ni opisa meritve, v kateri bi merili valovno dolžino svetlobe z optično prizmo, kjer svetloba prihaja z gibajočega vira svetlobe in kjer se vir svetlobe nahaja v dobro znanih okoliščinah. Taka meritev je ključnega pomena za razumevanje svetlobe, zato ji namenimo pozornost.
Ko v optično prizmo usmerimo belo svetlobo, jo le-ta razdeli v barvni spekter. Optična prizma različne barve svetlobe, ki so vsebovane v beli svetlobi, lomi pod različnimi koti.
Barve v barvnem spektru imajo različne svetlosti. Ene barve so svetlejše, druge temnejše. Svetlost nekaterih barv izstopa. Izberemo eno od izstopajočih barv in se ji posvetimo.
Skica na levi kaže, kako se na optični prizmi lomi izbrana rumena svetloba, ki jo seva mirujoče svetilo. Svetilo se nahaja ob optični prizmi.
Ta žarek in njegov lom je prikazan še enkrat na desni sliki, kjer pa se svetloba rojeva v drugačnih okoliščinah. Na desni skici svetloba prihaja iz gibajočega vira svetlobe.
Preverjamo, ali hitrost vira svetlobe spremeni lomni kot svetlobe, kot to kaže črtkana črta na sliki, ali pa se lomni kot ohranja, kot pri mirujočem svetilu.
V strokovni literaturi[1] piše, da se pri različnih hitrostih svetila svetloba lomi pod različnimi koti, da je lomni kot svetlobe odvisen od hitrosti svetila. Tako je splošno mnenje in temu mnenju običajno sledimo.
Bodimo zvedavi in se vprašajmo, kdaj in kje so izmerjeni različni lomni koti svetlobe pri različnih hitrostih svetilke. Strokovnjaki odgovarjajo, da so različni lomni koti svetlobe izmerjeni večkrat in na različne načine. Strokovnjaki so prepričani v pravilnost danega odgovora in vanj ne dvomijo.
Ko jih vprašamo po eni od takih meritev, se pojavi zadrega. Obstajajo le meritve, ki so metodološko predaleč od meritve, po kateri vprašujemo. Želimo si meritve, kot je opisana v poglavju Načrt meritve. Taka ali podobna meritev v stroki ni poznana.
V tej meritvi kot vir svetlobe uporabimo komet ali meteor, ki se nahaja v našem osončju. Ta nebesna telesa se gibljejo z za merjenje pričakovanimi hitrostmi.
Za v Načrtu meritve opisano meritev obstaja soglasje, da je meritev tehnološko tako preprosta, da bi jo lahko opravili zgolj iz radovednosti.
Ob iskanju izvajalca merjenja, to je observatorija, pa naletimo na odpor. Odgovor strokovnjakov se glasi, da te meritve ne rabimo, ker je rezultat meritve jasen na že teoretični osnovi. Doživimo odločno zavrnitev merjenja, ki ga na prvi pogled doživimo celo kot sovražno, čeprav meritev spada med temeljne meritve in bi morala biti osnova pri poučevanju v šoli.
Tako meritev stroka torej zavrača. Na te meritve lahko opozorimo tako, da jih hudomušno imenujmo z izrazom bodeče meritve. Bodeča meritev je temeljna meritev v stroki, z znano metodo merjenja, ki je izvedljiva, vendar še neobjavljena in pri kateri opažamo odpor do njenega merjenja.
Vsaka manjkajoča temeljna meritev običajno vodi do pestrih razprav in nestrinjanj. Kakršno koli iskanje rezultatov bodečih meritev na osnovi sklepanja in razprav je odvečno, saj sklepanje lahko nadomesti meritev z izmerjenimi rezultati.
Bodečim meritvam je skupno, da pričakovani rezultati teh meritev ustvarjajo dvom v obstoječe fizikalno znanje. Meritev prinaša rezultat, ki si ga morda ne želimo. Poznavalci posamezne stroke se bojijo, da meritev ogroža verodostojnost nekaterih ved, kot je na primer Teorija relativnosti.
Podobno nestrinjanje z meritvami se je v zgodovini že dogajalo. »In vendar se vrti« (E pur si muove ) je stavek, ki naj bi ga leta 1633 izrekel italijanski matematik, fizik in filozof Galileo Galilei (1564–1642), potem ko je bil prisiljen odreči se trditvam, da se Zemlja giblje okrog Sonca.
Tudi v Načrtu meritve opisana meritev čaka, da bo dobrohotno sprejeta.
Meritev loma svetlobe na optični prizmi, kadar svetloba prihaja z gibajočega vira svetlobe, res še ni izmerjena. So pa znane meritve, pri katerih rezultati meritev nedvoumno kažejo pričakovan rezultat. Oglejmo si primera dveh od njih. Obe meritvi sta bili opravljeni v drug namen. Zanimajo nas torej obstranski rezultati teh meritev.
Meritev kometa: V eni od meritev[2] so merili valovno dolžino svetlobe, ki prihaja s kometa v času, ko se le-ta giblje s hitrostjo 21,9 km/s. Meritev pokaže, da hitrost kometa ne vpliva na valovno dolžino večinskega dela svetlobe.
V nadaljevanju se pri tej meritvi še prepričamo, da merjena svetloba resnično prihaja s kometa, da ne izvira iz žarčenja ozračja. O tem se prepričamo tako, da po meritvi teleskop preusmerimo v temni del neba in merjena svetloba izgine.
Merilniki, ki je občutljivi le na valovno dolžino svetlobe, ne pa na njeno frekvenco, ne kažejo Dopplerjevega učinka. Med vsemi opravljenimi meritvami v zgodovini meritev ne najdemo niti ene tovrstne meritve, ki bi kazala Dopplerjev učinek. Oglejmo si še naslednji primer podobne meritve.
Meritev Sončevih izbruhov: Vesoljski agenciji ESA in NASA sta v krožnico okrog Zemlja leta 1995 izstrelili satelit SOHO, ki je namenjen opazovanju Sonca. Na satelitu je poleg drugih instrumentov tudi merilnik[3], ki je občutljiv na valovno dolžino svetlobe, ni pa občutljiv na frekvenco svetlobe. Merilnik je namenjen meritvam hitrosti Sončevih izbruhov. Leta 1998 so ta instrument razglasili kot nedelujoč.
Merilnik zazna spektralne črte, zazna celo neznatne zamike spektralnih črt, kar je zadosten pogoj za oceno, da je merilnik delujoč. Rezultat meritve pokaže, da hitrost vira svetlobe lahko vpliva na frekvenco svetlobe, ne vpliva pa na njeno valovno dolžino. Merilnik deluje in pokaže, da hitrost vira svetlobe ne ustvarja sprememb valovne dolžine. Avtorji meritve se s takim rezultatom meritve niso sprijaznili.
Za dokončen odgovor na to vprašanje je smiselno napraviti lastno namensko meritev, pedagoško čim bolj preprosto in razumljivo, s čemer izmerjene rezultate približamo čim širšemu krogu ljudi. V nadaljevanju je načrt take meritve.
***************
Nekatere pedagoške razlage pojavov ne temeljijo na meritvah. Izpostavljam eno od meritev, ki jo v pedagogiki pogrešamo. Meritev tehnološko ni zahtevna, težava nastopi pri sprejemanju izmerjenih rezultatov.
Načrt meritve
Cilj: Merimo svetlobo z gibajočega objekta v našem osončju, na primer s kometa ali asteroida. Z izbranega objekta ločeno merimo uklon svetlobe na uklonski mrežici in na optični prizmi. Izmerjena uklona svetlobe medsebojno primerjamo. Primerjamo tudi skladnost uklona svetlobe z Dopplerjevim zakonom.
Objekt merjenja: Hitrost izbranega objekta naj znaša vsaj 10 km/s. Objekt naj ima vnaprej znano hitrost, izmerjeno na neodvisen način. Gravitacija na izvoru svetlobe naj ne presega 30g. Na viru svetlobe naj ne bo velikih turbulenc. Takim kriterijem ne ustrezajo objekti izven našega osončja, kjer so razmere premalo znane in lahko vodijo do zmotnih sklepanj.
Merilna oprema: Astronomiji uporabljajo spektrometre (npr.: Ocean Optics HR4000), ki so hkrati občutljivi tako frekvenco kot tudi valovno dolžino svetlobe. Spektrometri posledično za to meritev niso primerni. Ta meritev temelji na strogem ločevanju merjenja uklona svetlobe prvič na optični prizmi in drugič na uklonski mrežici.
Teleskop: Za zbiranje in usmerjanje svetlobe z vira svetlobe proti uklonski mrežeči ali proti optični prizmi lahko uporabimo zrcalni teleskop ali teleskop na osnovi leč. Kadar merimo lom svetlobe z optično prizmo, teleskop ne sme vsebovati uklonske mrežice ali mrežice v drug namen. Dosledno namreč ločujemo meritev uklona svetlobe z optično prizmo od meritve uklona svetlobe z uklonsko mrežico.
Včasih imajo teleskopi mrežico, ki prikazuje sliko, kam je teleskop usmerjen. V času merjenja z optično prizmo teleskop ne sme vsebovati niti te, niti kakšne druge mrežice.
Optična prizma naj bo dovolj občutljiva v odnosu na pričakovan Dopplerjev zamik spektralne črte. Primerna je na primer optična prizma tipa SF10 Flint Glass Prism.
CCD kamera naj bo namenjena zgolj posnetku spektralnih črt. Ne sme vsebovati spektrometra ali karkoli drugega, kar bi vplivalo na lom svetlobe.
Metoda merjenja: Teleskop usmerimo v izbrano nebesno telo in merimo, kako hitrost vira svetlobe vpliva na lom svetlobe v optični prizmi in na uklonski mrežici. Izmerjena rezultata primerjamo.
Pričakovan rezultat meritve
Meritev potrjuje eno od hipotez:
-
Svetloba se na uklonski mrežici in na optični prizmi uklanja skladno z Dopplerjevim zakonom.
-
Uklon svetlobe na uklonski mrežici sledi Dopplerjevemu zakonu. Drugače je pri optični prizmi. Ta ne zazna uklona svetlobe v odvisnosti od hitrosti vira svetlobe.
***********
Pojave raziskujemo in si jih tolmačimo različno na različnih ravneh, strokovnjaki za sebe drugače kot pedagogi za potrebe širjenja znanja. Pedagogi iščejo pristope, ki so široko razumljivi, ki pojave predstavijo na preprost način, z meritvami in drugimi čim bolj neposrednimi opažanji.
Pedagogika torej obdela, prilagodi in uredi znanja v taki obliki, ki je kar se da sprejemljiv širšemu okolju. Kadar imamo na voljo neposredna opažanja ali neposredne meritve, se pri podajanju znanj izognemo bolj zapletenim hipotetičnim razlagam, kot jih zahteva pojasnjevanje pojava. Kadar imamo na razpolago meritev, ki lahko neposredno odgovori na vprašanje, je to odlično izhodišče, za podajanje snovi. V pedagogiki lahko opravimo celo meritev v pedagoški namen, ki pojav razloži in utemelji širšemu okolju.
Ena od možnosti v pedagoški namen opravljene meritve valovne dolžine in frekvence svetlobe z gibajočega vira svetlobe, je v Načrtu meritve predlagana meritev.
Tovrstne zadrege v pedagogiki se običajno ne dogajajo pri znanosti, ki ima neposredne učinke na naše vsakodnevno življenje. Pojavljajo se tam, kjer pojavi predvsem pripomorejo zgolj k razumevanju pojavov v vesolju.
V Načrtu opisana ali podobna meritev še ni opravljena. Sčasoma bo opravljena. Do takrat pa ne smemo biti nestrpni. Tako kot je v času Galileja in Kopernika Sonce vzhajalo in zahajalo, ne glede kakšna je bila naša predstava o našem Sončnem sistemu, tako tudi svetloba služi svojemu namenu, kot bo služila tudi kasneje, ko jo bomo bolje razumeli.
************
[1] Wikipedija – Doppler effect https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_effect
[2] LARGE-APERTURE [O I] 6300 PHOTOMETRY OF COMET HALE-BOPP : IMPLICATIONS FOR THE A PHOTOCHEMISTRY OF OH JEFFREY P. MORGENTHALER,1 WALTER M. HARRIS,2 FRANK SCHERB,1,3 CHRISTOPHER M. ANDERSON,4 RONALD J. OLIVERSEN,3,5 NATHANIEL E. DOANE,3,6,7 MICHAEL R. COMBI,8 MAXIMUS L. MARCONI,9 AND WILLIAM H. SMYTH10 Received 2001 April 17; accepted 2001 August 10
[3] LASCO C1, vsebuje FPI
VEČ MORE
