دامنه زندگی

دامنه زندگی (به انگلیسی: Circumstellar Habitable Zone (CHZ)) یا منطقه گلدی‌لاکس (Goldilocks Zone) در اخترشناسی بازه ای از فاصله در سامانه یک ستاره است که بتوان در آن سیاره ای با فشار اتمسفر کافی یافت کرد که شرایط وجود آب مایع در سطح خود را دارا باشد. این فاصله بر مبنای نیازهای شناخته شده بیوسفر زمین، موقعیتش در منظومه شمسی و مقدار انرژی حرارتی که از خورشید دریافت می کند، محاسبه می‌شود.

به دلیل اهمیت وجود آب مایع به عنوان لازمه زندگی تصور می‌شد می‌توان با استفاده از دامنه زندگی وسعتی از جهان که امکان زندگی فرازمینی در آن وجود دارد را تخمین زد. هر چند بعدها مشخص شد که امکان وجود آب مایع به علت وجود منابع حرارتی دیگر در اجرام آسمانی که خارج از این مجدوده قرار دارند نیز وجود دارد و درواقع امکان زیست فرازمینی به این نواحی محدود نمی‌شود.

از سال ۱۹۵۳ میلادی که مفهوم دامنه زندگی برای اولین بار مطرح شد تاکنون سیاره های زیادی در این نواحی یافت شده اند که بیشتر آنها ابرزمین یا غول گازی با ابعادی بسیار بزرگتر از زمین هستند، چرا که شناسایی اینگونه سیارات آسانتر است. در ۴ نوامبر ۲۰۱۳ میلادی ستاره شناسان اعلام کردند که بر اساس اطلاعات تلسکوپ فضایی کپلر امکان وجود نزدیک ۴۰ میلیارد سیاره زمین‌سان در کهکشان راه شیری وجود دارد که در دامنه زندگی در حال گردش حول ستاره خود باشند، نزدیکترین آنها در حدود ۱۲ سال نوری از زمین فاصله دارد.

طبیعت

طبیعت، به معنای واقعی کلمه، معادل جهان یا عالم طبیعی، فیزیکی و مادی است. طبیعت در حالت کلی، به پدیده جهان فیزیکی و همچنین زندگی اشاره دارد؛ و همچنین اندازهٔ آن از ذرات زیراتمی تا خود گیتی متغییر است.

اگرچه واژهٔ طبیعت امروزه در معناهای مختلفی به کار می‌رود، اغلب به مفهوم زمین‌شناسی و حیات وحش اشاره دارد. طبیعت به حوزه کلی انواع متنوع گیاهان و حیوانات زنده و گاهی اوقات نیز به فرآیندهای مرتبط با اشیای بی‌جان باز می‌گردد (روشی که انواعی از اشیای مخصوص وجود دارند و تغییرات خود به خودی، مانند آب‌وهوا و زمین‌شناسی و همچنین ماده و انرژی که تمام این چیزها را تشکیل داده است). این اغلب به معنای محیط زیست یا طبیعت وحش (حیوانات وحشی، صخره‌ها، جنگل‌ها، سواحل، و به طور کلی چیزهایی که به طور قابل ملاحظه‌ای با مداخلات انسانی تغییر کرده‌اند، یا با وجود این مداخلات به کار خود ادامه داده‌اند) است. این موضوع نسبتا قدیمی اشیای طبیعی که هنوز امروزه یافت می‌شود، به تفاوتی بین اشیای طبیعی و مصنوعی با موجودات مصنوعی ادراک شده به عنوان چیزهایی که توسط خودآگاهی یا ذهن انسان وارد وجود شده‌اند، اشاره دارد. براساس این زمینه ویژه، واژه «طبیعی» باید از «غیر طبیعی»، «فراطبیعی» یا «دست‌ساخته» متمایز گردد. آنچه که انسان، در پدید آوردن آن، دخالت نداشته باشد را طبیعت گویند. طبیعت، محصول دیالکتیک ذهنی انسان و جهان ابژه‌ها است. انسان، پیش از زندگی در شهرها، در طبیعت می‌زیسته‌است.دگرگونی از ویژگی‌های طبیعت است. متن صفحه.[۱] ایرانی‌ها به طبیعت بکر علاقه زیادی دارند، در همین راستا یک روز را به نام روز طبیعت (سیزده به در) نام گذاری کردند و در آن روز به طبیعت گردی می‌پردازند.

محتویات

    ۱ زمین
        ۱.۱ زمین‌شناسی
            ۱.۱.۱ تکامل زمین‌شناسی
        ۱.۲ چشم‌انداز تاریخی
    ۲ اتمسفر، آب‌وهوا و هوا
    ۳ آب روی زمین
        ۳.۱ اقیانوس‌ها
        ۳.۲ دریاچه
            ۳.۲.۱ آبگیر
        ۳.۳ رودخانه‌ها
        ۳.۴ روانه
    ۴ اکوسیستم
        ۴.۱ طبیعت وحش
    ۵ زندگی
        ۵.۱ تکامل
        ۵.۲ میکروب‌ها
        ۵.۳ گیاهان و حیوانات
    ۶ گرایش به طبیعت در فلسفه
    ۷ روابط متقابل انسان
        ۷.۱ زیبایی‌شناسی و زیبایی
    ۸ ماده و انرژی
        ۸.۱ فراتر از زمین
    ۹ منابع

زمین
منظره زمین، گرفته شده در سال ۱۹۷۲ به وسیله فضانورد آپولو ۱۷. این تصویر تا به امروز تنها عکس در نوع خود است، که نیم‌کره روشن زمین را نمایش می‌دهد.

زمین تنها سیاره دارای حیاتیست که اکنون می‌شناسیم، و ویژگی‌های طبیعی آن، موضوع بسیاری از عرصه‌های تحقیقات علمیست. در منظومه شمسی سومین سیارهٔ نزدیک به خورشید، بزرگتیرین سیاره زمین سان و در کل پنجمین سیاره بزرگ است. برجسته‌ترین ویژگی‌های آب‌وهوایی زمین، دو منطقهٔ قطبی آنند، دو منطقه معتدل نسبتا باریک، و یک منطقه گرمسیری استوایی تا نیمه‌گرمیسیری. میزان بارندگی با توجه به موقعیت، به طور چشم‌گیری متنوع است و از چند متر آب در سال تا کمتر از یک میلیمتر فرق می‌کند. ۷۱ درصد سطح زمین با اقیانوس‌های آب شور پوشیده شده است. سطح باقی‌مانده، شامل قاره‌ها و جزایر است و با بیشترین مناطق مسکونی، در نیم‌کره شمالی قرار دارد.

زمین به وسیلهٔ فرآیندهای زمین‌شناسی و زیستی، تکامل یافته است که رد پایشان بر روی شرایط فعلی به جای مانده است. پوستهی آن به چند صفحه بشقابی در حال حرکت تقسیم می‌شود. داخل آن، با یک لایهٔ نازکی از گوشته پلاستیکی و یک هسته آهنی که میدان مغناطیسی تولید می‌کند، فعال می‌ماند.

شرایط جوی با وجود اشکال مختلف زندگی، از شرایط اصلی فاصله گرفته است، و یک تعادل زیست محیطی به وجود آورده است که شرایط سطح زمین را تثبیت می‌کند. با وجود تغییرات اقلیمی گسترده در آب‌وهوا، با توجه به عرض جغرافیایی و سایر عوامل جغرافیایی، میانگین آب‌وهوای جهانی در بازه زمانی بین دو عصر یخبندان، تقریبا پایدار است و تنها یک یا دو درجه اختلاف دما، به طور تاریخی، تاثیر شگرفی بر تعادل زیست محیطی و جغرافیای فعلی زمین داشته است.
زمین‌شناسی
سه نوع از مرزهای زمین‌ساخت بشقابی جغرافیایی.

زمین‌شناسی، عبارتست از علم و مطالعه مواد جامد و مایع‌ای که زمین را شکل می‌دهند. رشته زمین‌شناسی مطالعه ترکیب، ساختار، خواص فیزیکی، دینامیک و تاریخچه مواد زمین و فرآیندی که آن‌ها را شکل داده، جابجا کرده و تغیر داده است، می‌باشد. این رشته یک نظام دانشگاهی بزرگ است و همچنین برای استخراجات معدنی و نفتی، آگاهی از خطرات طبیعی و کاهش آن‌ها، برخی رشته‌های مهندسی ژئوتکنیک، و درک محیط زیست و آب‌وهوای گذشته مهم است.
تکامل زمین‌شناسی

زمین‌شناسی یک منطقه با گذر زمان و زمانی که واحدهای سنگی ساییده و خرد می‌شوند و فرآیندهای تغییر فرم دهنده، شکل و موقعیت آن‌ها را دگرگون می‌سازند، تکامل می‌یابد.

واحدهای سنگی در ابتدا با رسوب‌گذاری بر روی سطح ایجاد می‌شوند. رسوب‌گذاری زمانی اتفاق می‌افتد که رسوب‌ها بر روی سطح زمین جاری شوند و بر اثر فشار به سنگ رسوبی تبدیل شوند یا زمانی که مواد آتشفشانی مانند خاکستر آتشفشانی یا گدازه جریان پیدا کنند، و سطح را بپوشانند. توده‌های نفوذی آذرین مانند ژرف‌سنگ، لاکولیث، دایک و آذرین‌لایه سنگ‌ها را از بالا به پایین فشار می‌دهند.

پس از رسوب‌گذاری اولیه، واحدهای سنگی می‌توانند تغییر شکل دهند و یا دگرگون شوند. حرکت‌های افقی دور شونده، نزدیک شونده و کنار هم در گسل‌ها اتفاق می‌افتد. این سیستم‌های ساختاری به طور گسترده‌ای به مرزهای همگرا، مرزهای واگرا و مرزهای دگرگون بین صفحات بشقابی بستگی دارند.
چشم‌انداز تاریخی
پلانکتون‌ها در اقیانوس‌ها، دریاها و دریاچه‌ها سکونت دارند، و برای حداقل ۲ میلیارد سال در شکل‌های مختلف وجود داشته‌اند.
این پویانمایی نشان دهنده حرکت قاره‌ها از زمان جدایی پانچه‌آ تا زمان حاضر است.

زمین به طور تقریبی حدود ۴٫۵۴ میلیارد سال قبل، به همراه خورشید و سایر سیارات منظومهٔ شمسی تشکیل شد. ماه نیز حدودا ۲۰ میلیون سال بعد به وجود آمد. لایه خارجی در ابتدا ذوب شده، بعدها خنک شد و سبب به وجود آمدن پوسته جامد گردید. گازهای خارج شده بر اثر فعالیت‌های آتشفشانی اتمسفر بسیار کهن را به وجود آورد. تجمع بخار آب، که اکثر یا تمام آن به وسیله یخ انتقال یافته به زمین توسط ستاره‌های دنباله‌دار تامین شده بود، اقیانوس‌ها را به وجود آورد. برخی معتقدند که فعالیت شیمیایی بسیار پر انرژی سبب خود تکثیری مولکول‌ها در ۴ میلیارد سال قبل شد.

قاره‌ها شکل گرفتند، سپس شکستند و با از نوع شکل گیری سطح زمین با گذر صدها میلیون سال، ابرقاره را شکل دادند. حدودا ۷۵۰ میلیون سال قبل، قدیمی ترین ابرقاره شناخته شده، رودینیا، شروع به تجزیه کرد. بعدا قاره‌ها از نوع ترکیب شدند و پانوتیا را شکل دادند که حدود ۵۴۰میلیون سال قبل تجزیه شد، سپس نهایتا، پانجه‌آ ایجاد و حدود ۱۸۰ میلیون سال قبل تجزیه شد.

مدرک قابل توجهی وجود دارد که نشان می‌دهد یک فعالیت یخچالی شدید در عصر نئوپروتروزئیک بیشتر سیاره را زیر لایه‌ای از یخ پنهان کرد. نام این فرضیه "زمین گلوله برفی" است و به این دلیل جذاب است که قبل تر از انفجار کمبرین اتفاق افتاده است که مطابق آن ۵۳۰-۵۴۰ میلیون سال قبل شکل زندگی چندسلولی شروع به گشترش یافتن کرد.

از زمان انفجار کمبرین، پنج انقراض انبوه قابل شناسایی موجود است. آخرین انقراض انبوه حدودا ۶۶ میلیون سال قبل اتفاق افتاد، زمانی که برخورد سنگ آسمانی، به احتمال زیاد سبب انقراض دایناسور‌های غیر پرنده و سایر خزندگان غول پیکر شد. اما حیوانات کوچک مانند پستانداران جان سالم به در بردند. در طول ۶۶ میلیون سال گذشته، زندگی پستانداری متنوع گشته است.

چند میلیون سال قبل، گونه‌ای از کپی آفریقایی قادر گشت که سرپا بایستد. ظهور متعاقب زندگی بشر، و توسعه کشاورزی و تمدن به بشر اجازه داد تا زمین را سریع‌تر از تمام اشکال قبلی زندگی، تحت تاثیر قرار دهد، و طبیعت و مقدار سایر ارگانیسم‌ها را همانند آب‌وهوای جهانی دگرگون سازد. با مقایسه، رویداد اکسایش بزرگ، که به وسیله گسترش جلبک‌ها در دوره سیدریان تولید شد، به حدودا ۳۰۰ میلیون سال زمان نیاز داشت تا به اوج خود برسد.

عصر حاضر در دسته‌ای از رویداد انقراض انبوه قرار گرفته است، رویداد انقراض هولوسن، سریع‌ترین رویداد ممکن. برخی‌ها، مانند ادوارد ویلسون از دانشگاه هاروارد پیشبینی می‌کنند که تخریب زیست‌کره توسط انسان می‌تواند در ۱۰۰ سال آینده، سبب انقراض نیمی از گونه‌ها شود. وسعت این انقراض، به وسیله زیست‌شناسان در حال تحقیق، بحث و اندازه‌گیریست.
اتمسفر، آب‌وهوا و هوا
آذرخش
نور آبی بیش از هر طول موج دیگری، به وسیله گازهای اتمسفر پراکنده می‌شود، و وقتی از فضا به زمین می‌نگریم هاله (اخترشناسی)ای آبی رنگ به نظر می‌رسد.
یک گردباد در اکلاهمای مرکزی

اتمسفر زمین عاملی کلیدی در حفظ اکوسیستم جهانی به حساب می‌آید. لایه نازکی از گازها که زمین را پوشانده، به وسیله جاذبه زمین پایدار گشته است. هوای خشک شامل ۷۸ درصد نیتروژن، ۲۱ درصد اکسیژن، ۱ درصد آرگون و سایر گازهای خنثی، کربن دی اکسید و غیره است. اما هوا نیز شامل مقدار متنوعی بخار آب است. فشار اتمسفر با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد و حدود ۸ کیلومتر بالاتر از سطح زمین، ارتفاع در مقیاس فشار دارد: ارتفاعی که فشار اتمسفر با عاملی از عدد نپر (ثابت ریاضی برابر ۲٫۷۱) کاهش یافته است. لایه ازون اتمسفر زمین، نقش مهمی در کاهش میزان اشعه فرابنفشی (یو وی) که به سطح زمین می‌رسد، بازی می‌کند. از آن جا که پرتوی فرابنفش به آسانی به دی‌ان‌ای آسیب می‌رساند، این لایه در حقیقت از حیات سطح زمین محافظت می‌کند. همچنین اتمسفر در طول شب گرمای خورشید را حفظ می‌کند تا اختلاف دمای شبانه‌روزی کاهش یابد.

آب‌وهوای زمینی منحصرا در تروپوسفر اتفاق می‌افتد، و به عنوان یک سیستم همرفتی برای توزیع مجدد گرما عمل می‌کند. جریان‌های اقیانوسی یکی دیگر از عوامل مهم در تعیین آب‌وهوا ٬به ویژه گردش دماشوری زیرآبی هستند که انرژی گرمایی را از اقیانوس‌های استوایی به مناطق قطبی می‌رسانند. این جریان‌ها به اعتدال اختلاف دما بین زمستان و تابستان در مناطق معتدل کمک می‌کنند. همچنین، اگر توزیع مجدد انرژی گرمایی به وسیله جریان‌های اقیانوسی و اتمسفر، وجود نداشت، استوا بسیار گرم‌تر و سرزمین‌های قطبی بسیار سردتر می‌شدند.

هوا می‌تواند هم تاثیرهای مخرب و هم تاثیرهای مفید داشته باشد. ابرقدرت‌های هوا، مانند پیچند، توفند و چرخند‌می‌توانند هرچیزی را که در مسیرشان قرار دارد نابود کنند. زندگی گیاهی سطح زمین به صورت تکاملی به تنوع فصلی هوا واسبته است، و یک تغییر ناگهانی که چند سال دوام داشته باشد، می‌تواند تاثیر غم‌انگیزی بر گیاهان و حیواناتی که از آن‌ها تغذیه می‌کنند، بگذارد.

آب‌وهوای جهانی اندازه‌گیری روند بلندمدت تغییر در هواست. عوامل متعددی شناخته شده‌اند که بر تغییرات آب‌وهوایی تاثیر می‌گذارند و از جمله آن‌ها می‌توان به جریان‌های اقیانوسی، سپیدایی سطح، گازهای گلخانه‌ای، تغییرات در درخشش منظومه‌ای و تغییرات چرخش زمین اشاره کرد. براساس اسناد تاریخی، زمین تغییرات آب‌وهوایی شدیدی را مانند عصرهای یخبندان در گذشته تحمل کرده است.

آب‌وهوای یک منطقه به عوامل مختلفی از جمله عرض جغرافیایی وابسته است. خطی از عرض جغرافیایی با خواص آب‌وهوایی مشابه، یک منقطه آب‌وهوایی تشکیل می‌دهد. تعداد زیادی از این مناطق وجود دارند که از اقلیم گرمسیری در استوا تا اقلیم قطبی در دو قطب شمال و جنوب متغییر اند. هوا نیز تحت تاثیر فصول قرار دارد، که حاصل انحراف محوری زمین نسبت به صفحه مداری آن است. بنابرین، در هر زمانی از زمستان یا تابستان، یک بخش از زمین به طور مستقیمتر، در معرض تابش نور خورشید قرار دارد. این رویداد با گردش زمین تکرار می‌شود. در هر زمانی، بدون در نظر گرفتن فصل، نیم‌کره شمالی ونیم‌کره جنوبی فصل‌های مخالفی را تجربه می‌کنند.

هوا یک سیستم آشوبی است که با تغییرات کوچک در محیط زیست به سادگی تغییر می‌کند، لذا هواشناسی دقیق اکنون فقط به چند روز محدود است. به طور کلی، دو چیز اکنون در جهان در حال وقوع است: (۱) میانگین دما در حال افزایش است، و (۲) آب‌وهوای منطقه‌ای در حال تحمل تغییرات قابل توجهیست.
آب روی زمین
آبشار دیوساگو در مرز بین برزیل و آرژانتین.

آب یک ماده شیمیایی تشکیل شده از هیدروژن و اکسیژن است و برای تمام انواع شناخته‌شده زندگی حیاتی است. در استفاده نوعی، منظور از آب شکل یا حالت مایع آن است، اما این ماده دارای حالت جامد، یخ و گازی، بخار آب است. آب ۷۱ درصد سطح زمین را پوشانده است. بر روی زمین، بیشتر در اقیانوس یافت می‌شود و ۱٫۶ درصد آب، زیر زمین و در سفره‌های آب و ۰٫۰۰۱ درصد به عونان بخار، ابرها (تشکیل شده از آب مایع و جامد که به معلق در هوا هستند) و بارندگی در هوا قرار دارد. ۹۷ درصد آب سطح زمین را اقیانوس‌ها، ۲٫۴ درصد را یخچال‌های طبیعی و کلاهک‌های یخی قطبی، و ۰٫۶ درصد را سایر آب‌های سطح زمین مانند رودخانه‌ها ٬دریاچه‌هاو آبگیرها در خود جای داده‌اند. به علاوه، اندکی از آب زمین در بدن موجودات زنده و محصولات مصنوعی قرار دارد.
اقیانوس‌ها
منظره‌ای از اقیانوس اطلس از لبلون در ریودو ژانیرو.

اقیانوس بدنه اصلی آب دریا و جز اصلی آب‌کره است. حدودا ۷۱ درصد سطح زمین به وسیله اقیانوس‌ها پوشیده شده است، یک بدنه دایمی آبی که به چند اقیانوس اصلی و کوچکتر تقسیم می‌شود. بیش از نیمی از این منطقه عمیقتر از ۳۰۰۰ متر (۹۸۰۰ پا) است. شوری میانگین اقیانوسی در حدود ۳۵ پی‌پی‌تی (بخش در هزار) است و تقریبا شوری تمام آب‌های دریایی در بازهٔ ۳۰ تا ۳۸ پی‌پی‌تی قرار دارد. اگرچه به طور کلی، این آب‌ها به اقیانوس‌ها تقسیم می‌شوند، ولی آن‌ها یک بدنه نمکی جهانی و پیوسته ایجاد می‌کنند که اغلب با نام اقیانوس جهانی شناخته می‌شود. این مفهوم اقیانوس جهانی به عنوان بدنه دایمی آبی، با مبادله آزاد بین بخش‌هایش ٬‌اهمیتی اساسی برای اقیانوس‌نگاری دارد.

تقسیم‌بندی اصلی اقیانوسی به وسیله قاره‌ها و مجمع‌الجزایر مختلف و سایر معیارها صورت می‌گیرد، این تقسیم بندی بدین گونه است: اقیانوس آرام، اقیانوس اطلس، اقیانوس هند، اقیانوس منجمد جنوبی و اقیانوس منجمد شمالی است. مناطق کوچکتر اقیانوس، نام‌های دریا و خلیج و سایر نام‌ها را دارند. همچنین دریاچه‌های آب شور وجود دارند که بدنه‌های کوچکتر آب شور زمین هستند و آب آن‌ها با اقیانوس‌ها مبادله نمی‌شود. دو مثال قابل توجه از دریاچه‌های آب شور عبارتند از دریاچه آرال و دریاچه نمک یوتا.
دریاچه
دریاچه ماپوریکا، نیوزیلند

دریاچه یک زمین‌چهره است، بدنه‌ای از مایع بر روی سطح زمین که در انتهای فرورفتگی قرار دارد، و به اگر محرک باشد، به آرامی پیش می‌رود. در زمین٬‌زمانی به یک بدنه آبی، دریاچه می‌گویند که درون کشوری قرار داشته، نه در اقیانوس، از آبگیر بزرگتر و عمیقتر باشد و به وسیله یک رود تغذیه شود. به جز زمین، تنها جهانی که دریاچه دارد، تیتان، بزرگترین قمر مشتریست، که دارای دریاچه‌های اتان است، که احتمالا با متان ترکیب شده است. نمی دانیم که آیا دریاچه تایتان به وسیله رودخانه تغذیه می‌شود یا نه، اگرچه در سطح تایتان مسیرهای رودخانه‌ای ایجاد شده است. دریاچه‌های طبیعی زمین به طور عمومی در مناطق کوهستانی، مناطق بریده و یا مناطق دارای یخچال‌های طبیعی در حال حرکت یافت می‌شوند. سایر دریاچه‌ها در حوضه بسته یا همراه مسیر رودخانه‌های بالغ پیدا می‌شوند. در برخی از نقاط جهان، دریاچه‌های فراوانی به علت الگوهای زه کشی بی نظم، که از آخرین عصر یخبندان باقی مانده، به وجود آمده‌اند. تمام دریاچه‌ها در طول دوره‌های زمانی جغرافیایی، موقتی هستند، زیرا به آرامی به وسیله رسوبات پر خواهند شد و یا حوزه رودخانه تغذیه کننده عوض می‌شود.
آبگیر
مخزن وستبرو، در وستبرو، ماساچوست

یک آبگیر بدنه آب راکد است. آبگیر می‌تواند طبیعی یا مصنوعی باشد و اغلب از دریاچه کوچکتر است. تعدادی زیادی از بدنه‌های مصنوعی از جمله باغ‌های آبی طراحی شده برای تزیینات زیبایی، استخرهای پرورش ماهی طراحی شده برای تولید مثل تجاری ماهی و آبگیرهای خورشیدی طراحی شده برای ذخیره انرژی گرمایی، در دسته آبگیرها قرار می‌گیرند. آبگیرها و دریاچه‌ها از طریق سرعت جریان متمایز می‌گردند. درحالی که جریان‌ها به آسانی دیده می‌شوند، آبگیرها و دریاچه‌ها دارای جریان‌های کوچک حرارتی و جریان‌های بادی معتدل هستند. این ویژگی‌ها آبگیر را از سایر عوارض زمینی جدا می‌کنند.
رودخانه‌ها
رودخانه نیل در قاهره، پایتخت مصر.

رودخانه یک روان آب معمولا شیرین است، که به سوی یک اقیانوس٬دریاچه، دریا یا یک رودخانه دیگر در حال حرکت است. در برخی شرایط، یک رودخانه به سادگی به داخل زمین جریان می‌یابد یا قبل از رسیدن به یک بدنه آبی دیگر خشک می‌شود. رودخانه‌های کوچک نام‌های دیگری دارند، از جمله: روانه، نهر، جوی، جویبار. هیچ قانون کلی وجود ندارد که بیان کند باید چگونه از یک رودخانه نام برد. بسیاری از نام‌های رودخانه‌ها به علت موقعیت جغرافیایی مخصوص هستند، برای مثال رودخانه برن در اسکاتلند و شمال شرق انگلستان. گاهی وقت‌ها رودخانه به موارد بزرگتر از نهر گفته می‌شود، اما شرایط همیشه بدین گونه نیست. رودخانه بخشی از چرخه آب است. آب داخل رودخانه اغلب از تجمع بارندگی، رواناب سطحی، آب‌های زیرزمینی، چشمه‌ها و آب ذخیره شده در یخچال‌های طبیعی تشکیل می‌شود.
روانه

یک روانه یک بدنه جریان آبی است، و به بستر و حاشیه روانه محدود می‌شود. در ایالات متحده آمریکا یک روانه کم ارتفاعتر از ۱۸ متر (۶۰ پا)، مسیل تلقی می‌شود. روانه‌ها به عنوان خطوط لوله در چرخه آب، ابزار تجدید آب‌های زیرزمینی، و دالانی برای مهاجرت ماهیان و حیات وحش اهمیت فراوانی دارند. نام زیست‌گاه بیولوژیک در مجاورت یک روانه، منطقه حاشیه رودخانه است. با توجه به شرایط مداوم انقراض هولوسن، روانه‌ها نقش دالانی مهمی در پیوند زیست‌گاه‌های تکه‌تکه‌شده و در نتیجه تنوع زیستی بازی می‌کنند. مطالعه روانه‌ها و آب‌راه‌ها شامل شاخه‌های متعدد میان رشته‌ای علم طبیعی و مهندسی از جمله آب‌شناسی، ژئومورفولوژی/ژئومورفولوژی نهری، محیط زیست آبزیان، زیست‌شناسی ماهیان، محیط زیست مجاورت روانه‌ای و غیره می‌باشد.
اکوسیستم
دریاچه لومون در اسکاتلند یک اکوسیستم نسبتا ایزوله را شکل می‌دهد. اجتماع ماهیان این رودخانه با گذر زمان بسیار طولانی، دست‌نخورده باقی مانده است.
کوه‌های سرسبز آراوالی در ایالت بیابانی راجستان در کشور هند. جای تعجب است که چنین مکان سرسبزی چگونه می‌تواند در راجستان گرم که به خاطر بیابان تار معروف است پدید آید.
منظره هوایی از اکوسیستم بشری. عکس مربوط به شهر شیکاگو می‌باشد.

اکوسیستم از تنوع بخش‌های غیرزنده و بخش‌های غیر زنده تشکیل می‌شود که به روشی مرتبط عمل می‌کنند. ساختار و ترکیب آن به وسیله عوامل محیطی متنوع مرتبط با هم مشخص می‌گردد. تنوع این عوامل سبب وارد شدن تغییرات پویا به اکوسیستم می‌شود. برخی از بخش‌های مهمتر عبارتند از: خاک، اتمسفر، تشعشعات خورشیدی، آب و موجودات زنده.

این ایده که ارگانیسم با تمام عناصر دیگر در محیط در تعامل است، به مفهوم اکوسیستم نزدیکتر است. یوجین اودم، پایه‌گذار بوم‌شناسی، عنوان کرد: "هر واحدی که شامل تمام ارگانیسم‌ها در یک مکان معلوم و در حال تعامل با محیط فیزیکی باشد، تا در یک نظام، جریانی از انرژی ما را به ساختارهای شفاف تغذیه‌ای، تنوع زیستی و چرخه‌های مادی (برای مثال:مبادله ماده بین بخش‌های زنده و غیر زنده) هدایت کند، اکوسیستم است." در یک اکوسیستم، با توجه به زنجیره غذایی گونه‌ها به یکدیگر متصل و وابسته‌اند و ماده و انرژی بین آن‌ها همانند محیط، مبادله می‌شود. مفهوم اکوسیستم بشری ریشه در ساختارشکنی دوپارگی انسان و طبیعت و فرض یکپارچگی تمام گونه‌ها با یکدیگر، همانند ترکیبات غیرزنده غیرزیستی آن‌ها دارد.

واحد کوچکتر میکرواکوسیستم نام دارد. برای مثال یک میکروسیستم می‌تواند یک سنگ و تمام حیات زیر آن باشد. یک ماکرواکوسیستم نیز می‌تواند شامل زیرگروه منطقه‌ای، به همراه حوضه آبریز آن باشد.
طبیعت وحش
جنگل‌های قدیمی راش اروپایی در پارک ملی بیورادسکا گورا در مونته‌نگرو.

طبیعت وحش به طور کلی به مناطقی گفته می‌شود که انسان آن‌ها را به طور قابل ملاحظه‌ای تغییر نداده است. شالوده حیات وحش جزییات بیشتری دارد که طبیعت وحش را بدین گونه توصیف می‌کند: "دست‌نخورده‌ترین و مختل‌نشده‌ترین مناطق طبیعی وحشی باقی مانده در سیاره ما، آن مناطق باقی مانده واقعا وحشی که تحت کنترل بشر نیستند و جاده‌ها، خطوط لوله‌کشی یا سایر ساختارهای صنعتی بدان‌ها راه نیافته‌اند." مناطق طبیعت وحش در کشتارگاه‌ها، ایالات، روستاها، شکارگاه‌های حفاظت‌شده، مزارع، جنگل‌های ملی، پارک‌های ملی و حتی منطقه پرجمعیت شهری، در کنار رودخانه‌ها، آبگذرها و سایر مناطق توسعه‌نیافته، یافت می‌شوند. مناطق حیات وحش و پارک‌های حفاظت شده نقش مهمی در بقای گونه‌های معین، مطالعات زیست‌محیطی، حفاظت و تفریح دارند. برخی نویسندگان طبیعت معتقدند مناطق طبیعت وحش برای روحیه و خلاقیت انسان حیاتی اند و برخی از بوم شناسان مناطق حیات وحش را به عنوان بخش کامل و خودکفای اکوسیستم طبیعی سیاره (زیست‌کره) می‌دانند. آن‌ها همچنین از صفات ژنتیکی تاریخی نگه داری می‌کنند و برای گیاگان و زیاگان، زیستگاهی فراهم می‌کنند که به سختی می‌توان بار دیگر در باغ‌وحش‌ها، درختستان‌ها و آزمایشگاه‌ها ساخت.
زندگی
مرغابی مونث و جوجه‌هایش–تولید مثل برای ادامه زندگی، حیاتی است.

اگرچه هیچ توافق جهانی درباره تعریف زندگی وجود ندارد، دانشمندان پذیرفته‌اند که حیات به وسیله ارگانیسم، دگرگشت، رشد، سازگاری، پاسخ به محرک‌ها و تولید مثل مشخص می‌شود. همچنین حیات می‌تواند حالت مشخص‌کننده ارگانسم‌هاباشد.

خواص رایج ارگانیسم‌های زمینی (گیاهان، جانوران، قارچ‌ها، آغازیان، باستانیان و باکتری‌ها) عبارست از داشتن سلول، اساس کربن و آب با ساختاری پیچیده، سوخت‌وساز، ظرفیت رشد، پاسخ به قارچ‌ها، و تولید مثل. داشتن این خواص در حالت کلی به معنای داشت حیات است. اما، تمام این خصوصیات برای داشتن حیات ضروری نیستند. حیات مصنوعی ساخت بشر نیز می‌تواند زندگی به شمار آید.

زیست کره پوسته خارجی زمین-شامل خشکی، سخره‌های سطحی، آب، هوا و اتمسفر- است که حیات درون آن روی می‌دهد، و فرآیندهای زیستی در آن متحول و جابجا می‌شوند. از وسیعترین دیدگاه ژئوفیزیولوژیکی، زیست‌کره سیستم جهانی زیست‌محیطیست که تمام موجودات زنده و ارتباطاتشان را که شامل تعاملات آن‌ها با عناصر سنگ‌کره (سنگ‌ها)، آب‌کره (آب) و هواکره (هوا) می‌باشد، یکپارچه می‌سازد.

بیش از ۹۰ درصد زیست توده بر روی زمین حیات گیاهیست، که حیات حیوانی به شدت به وجود آن بستگی دارد. تاکنون بیش از ۲ میلیون گونه از گیاهان و حیوانات شناخته شده است و تقریب تعداد واقعی گونه‌های موجود از چندین میلیون تا ۵۰ میلیون متغییر است. تعداد گونه‌های منحصر به فرد، با توجه به گونه‌هایی که به تازگی آشکار می‌شوند و یا منقرض می‌گردند، به طور مداوم دستخوش تغییر است. در حال حاضر تعداد کلی گونه‌ها در حال کاهش سریع است.
تکامل
منطقه‌ای از جنگل آمازون که بین کلمبیا و برزیل مشترک است. جنگل‌های باران‌خیز استوایی در آمریکای جنوبی بیشترین تنوع زیستی را در بین گونه‌های زمین دارند.

حیات فقط بر روی زمین شناخته شده است (بر اساس اخترزیست‌شناسی). ریشه حیات بر روی زمین به خوبی درک نشده است، اما می‌دانیم که حداقل به ۳٫۵ میلیار سال قبل، در طول هادئن یا نخست‌زیستی باز می‌گردد، که تفاوت محیطی قابل ملاحظه‌ای با امروز داشته است. این اشکال زندگی، صفات پایه‌ای خود تکرار و موروثی را دارا بودند. زمانی که حیات به وجود آمد، فرایند تکامل با انتخاب طبیعی سبب توسعه اشکال متنوع زندگی شد.

گونه‌هایی که قادر به مطابقت با محیط در حال تغییر و مسابقه با سایر اشکال حیات نبودند، منقرض شدند. اما، فسیل‌های باقی مانده، گواهی بر بسیاری از این گونه‌های قدیمی اند. مدارک فسیلی و دی‌ان‌ای فعلی نشان می‌دهند که تمام گونه‌های موجود می‌توانند به شکل‌های اولیه حیات ارجاع داده شوند.

ظهور فتوسنتز در اشکال بسیار ساده حیات گیاهی در سرتاسر جهان، به انرژی خورشید اجازه داد تا شرایطی فراهم آورد که به حیات پیچیده تر اجازه نمود دهد. اکسیژن حاصله در اتمسفر جمع شد و لایه ازون را تشکیل داد. پیوستن سلول‌های کوچکتر به طور فزاینده‌ای تخصصی شد و ارگانسم‌های چند سلولی را ایجاد کرد. با جذب اشعه فرابنفش مخرب به وسیله لایه ازون، زندگی بر روی سطح زمین گسترش یافت.
میکروب‌ها
یک هیره میکروسکوپی به نام لورییا فورموسا.

اولین شکل حیات که بر روی کره زمین گسترش یافت، میکروب‌ها بودند، و تا یک میلیارد سال قبل، پیش از ظهور ارگانیسم‌های چند سلولی، آن‌ها تنها موجودات زنده بودند. میکروارگانیسم‌ها، ارگانیسم‌های تک سلولی هستند که به طور کلی میکروسکپیک اند، و از آن چه که چشم بشر قادر به دیدنش است، کوچکند. آن‌ها شامل باکتری‌ها، قراچ‌ها، باستانیان و آغازیان می‌باشند.

این اشکال حیات در تمام مناطق زمین که در آن‌ها آب وجود دارد از جمله داخل سخره‌های سیاره، یافت می‌شوند. تولید مثل آن‌ها سریع و فراوان است. ترکیب میزان جهش فراوان و یک توانایی انتقال افقی ژن آن‌ها را به موجوداتی کاملا وفق‌پذیر تبدیل کرده است که قادرند در محیط‌های تازه از جمله فضای بیرونی به حیات خود ادامه دهند. آن‌ها بخش مهمی از اکوسیستم جهانی را شکل می‌دهند. اما، برخی میکروارگانیسم‌ها بیمارگر هستند و می‌توانند سلامت سایر ارگانیسم‌ها را تهدید کنند.
گیاهان و حیوانات
گزیده‌ای از گونه‌های گیاهی
گزیده‌ای از گونه‌های حیوانی

در اصل، ارسطو همه موجودات زنده را به دو دسته گیاهان، که به طور کلی حرکشان برای انسان قابل مشاهده نیست، و حیوانات تقسیم کرد. در سیستم کارل لینه این شامل فرمانرو سبزیجات (گیاهان) و حیوانات می‌شود. از آن پس، آشکار شده است که گیاهان، همانطور که توصیف می‌شوند شامل چندین گروه نامرتبط، و قارچ‌ها و چند گروه از جلبک‌ها می‌باشد. اما، این‌ها هنوز در اغلب متون، به عنوان گیاهان به حساب می‌آیند. زندگی باکتریایی گاهی اوقات شامل گیاگان نیز می‌شود و برخی طبقه‌بندی‌ها، واژه گیاگان باکتریایی را جدا از گیاگان گیاهی می‌دانند.

در میان روش‌های مختلف طبقه‌بندی گیاهان، که بر اساس هدف مطالعه انجام می‌شوند، گیاگان فسیلی نیز وجود دارد که عبارتست از بقایای حیات گیاهی عصر گذشته. مردم بسیاری از مناطق و کشورها، به گیاگان مشخص خود مفتخرند ٬‌که به دلیل اختلافات آب‌وهوایی و موقعیت زمینی، می‌تواند به طور عمده‌ای در سراسر جهان متنوع باشد.

گیگان‌های محلی به طور معمول به دسته‌های چون گیاگان بومی، کشاورزی و باغچه‌ای تقسیم می‌شود، که آخرین مورد نام برده عمدتا کشت می‌شود. برخی انواع گیاگان محلی از قرن‌ها قبل به وسیله افرادی که از منطقه یا قاره‌ای به جایی دیگر مهاجرت کرده، معرفی شده‌اند٬‌و به بخش مهمی از یک محل تبدیل شده‌اند. این مثالیست که نشان می‌دهد تعاملات بشر چگونه می‌تواند مرزهای طبیعت شناخته شده را در نوردد.

دسته دیگری از گیاهان به طور تاریخی با نام علف هرز شناخته شده‌اند. اگرچه این واژه در گیاه‌شناسی به عنوان راهی رسمی برای دسته‌بندی گیاهان به درد نخور مورد استقبال قرار نمی‌گیرد، استفاده غیررسمی از واژه «علف هرز»، برای توصیف گیاهانی که حذفشان ارزشمند است، روشنگر تمایل عمومی مردم و جوامع به تغییر دادن و دخالت در مسیر طبیعت است. به طور مشابه٬‌حیوانات نیز با توجه به ارتباطشان با زندگی بشر، در دسته‌های مانند اهلی، دام‌ها، حیوانات وحشی، آفات کشاورزی و غیره قرار می‌گیرند.

دسته جانوران، دارای چند ویژگی است که آن‌ها را از سایر اشیا زنده جدا می‌کند. حیوانات یوکاریوتی و معمولا چندیاخته‌ای هستند (مخاط‌زیان را ببینید)، که آن‌ها را از آغازیان، باکتری‌ها و بیشتر باستانیان جدا می‌کند. آن‌ها دگرپرورده اند و به طور کلی غذا را در محفظه‌ای داخلی هضم می‌کنند، که این ویژگی آن‌ها را از گیاهان و جلبک‌ها جدا می‌کند. آن‌ها همچنین با داشتن دیواره یاخته از گیاهان، جلبک‌ها و قارچ‌ها متمایز می‌گردند.

با چند استثنا، به ویژه اسفنج دریایی، حیوانات دارای بدن‌هایی هستند که به بافت‌های جداگانه تقسیم می‌شوند. این‌ها شامل ماهیچه‌ها، که قادرند برای کنترل حرکت٬‌منقبض شوند، و دستگاه عصبی که سیگنال‌ها را ارسال و پردازش می‌کنند، هستند. آن‌ها همچنین دستگاه گوارش داخلی دارند. سلول‌های یوکاریوتی در تمام حیوانات به وسیله غشای خارج سلولی ساخته شده از کلاژن و گلیکوپروتئین مشخص می‌شوند. این خود سبب شکلگیری ساختارهایی چون صدف، استخوان و سیخک می‌شود، چهارچوبی که بر اثر آن سلول‌ها قادر به حرکت و در طول توسعه و بلوغ شناسایی می‌شوند و این چهارچوب آناتومی پیچیده لازم را برای تحرک فراهم می‌سازد.
گرایش به طبیعت در فلسفه

گرایش بشر به دگرگونی در طبیعت، سبب ایجاد دیدگاهی در فلسفه، به نام طبیعت گرایی شد. از فیلسوفانی که دیدگاه خود را بر اساس تغییر پذیری طبیعت قرار داده‌اند، می‌توان از دنیس دیدرو و مارکی دوساد نام برد.
روابط متقابل انسان
با وجود زیبایی طبیعی، دره‌های دور افتاده ساحل ناپالی در هاوائی، به دلیل وجود گونه‌های مهاجم مانند دم‌اسب‌درختیان تغییر یافته‌اند.
باغ سوچی مثالی از ترکیب طبیعت و هنر ساخته بشر است.

در حالی که، در حال حاضر نسبت اندکی از زیست‌توده کلی زمین در اختیار انسان قرار دارد، تاثیر او بر طبیعت به طور نامتناسبی بالاست. به دلیل وسعت تاثیر بشر، مرز بین آنچه که انسان آن را به عنوان طبیعت می‌شناسد و محیط‌های مصنوعی، جز در اندک مواقعی مشخص نیست. حتی در این موارد اندک نیز، میزان محیط طبیعی که خالی از تاثیر بشر باشد، به طور مداوم با سرعت بالایی در حال کاهش است.

توسعه تکنولوژی میان نژاد بشر، امکان بهره‌برداری عظیمتر از منابع طبیعی را فراهم آورده و به کم کردن خطرات طبیعی کمک کرده است. به جای این فرایند، اما، سرنوشت تمدن بشری در دست تغییرات محیط قرار دارد. ارتباط تنگاتنگی بین استفاده از تکنولوژی توسعه‌یافته و تغییرات محیط وجود دارد که بشر به آرامی متوجه آن‌ها می‌شود. تهدیدهای حاصل از فعالیت برای محیط طبیعی زمین عبارتند از آلودگی، جنگل‌زدایی و فجایایی چون نشت نفت. بشر به انقراض بسیاری از گیاهان و حیوانات کمک کرده است.

انسان‌ها از طبیعت برای فعالیت‌های تفریحی و اقتصادی خود بهره می‌برند. استفاده از منابع طبیعی برای استفاده‌های صنعتی، اجزای اصلی نظام اقتصادی جهان را حفظ می‌کند. برخی فعالیت‌ها، مانند شکار و ماهی‌گیری هم برای تغذیه و هم برای سرگرمی انجام می‌شوند. کشاورزی از هزاره نهم (پیش از میلاد) آغاز شده است. از تولید غذا گرفته تا انرژی طبیعت، ثروت اقتصادی را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

اگرچه انسان‌های گذشته به منظور تغذیه، مواد گیاهی کشت نشده را جمع‌آوری می‌کردند و از خواص دارویی گیاهان برای درمان بیماری‌ها استفاده می‌کردند، در بسیاری از استفاده‌های مدرن، گیاهان از طریق کشاورزی به دست می‌آیند. پاکسازی قطعات بزرگ زمین برای رشد محصولات سبب کاهش چشم‌گیر مساحت جنگل‌ها و تالاب‌ها در دسترس گشته، و سبب از دست رفتن خانه بسیاری از گونه‌های گیاهی و حیوانی و افزایش فرسایش، شده است.
زیبایی‌شناسی و زیبایی
پینگوئیکولا گرندیفلورا که به گیاه کره‌ای مشهور است.

به طور تاریخی، زیبایی طبیعت، موضوعی متداول در هنر و کتاب‌ها بوده است و همواره بخش عظیمی از کتاب‌خانه‌ها و کتاب‌فروشی‌ها را به خود اختصاص می‌دهد. طبیعت در هنر، عکاسی و شعر مسجم و ستوده شده است و ادب و هنر قدرتی را که افراد بسیاری را وابسته به طبیعت و زیبایی می‌کند، نشان می‌دهد. دلیل اینکه چرا این وابستگی وجود دارد و این وابستگی شامل چه چیزهایی است، در شاخه‌ای از فلسفه با نام زیبایی‌شناسی مطالعه می‌شود. فراتر از ویژگی‌های معین ساده‌ای که بسیاری از فلاسفه برای توضیح آن چه که زیباست موافقت دارند، عقاید تقریبا پایان ناپذیرند. طبیعت و حیات وحش در دوران مختلف تاریخ جهان موضوع مهمی بوده‌اند. سنت اولیه نقاشی منظره در چین و در طول دوره حکومت سلسله تانگ (۶۱۸-۹۰۷) آغاز شد. سنت نشان دادن طبیعت به آن شکلی که هست، به یکی از اهداف نقاشی چینی تبدیل شد و تاثیر چشم‌گیری بر هنر آسیا گذاشت.

اگرچه عجایت طبیعی در مزامیر و کتاب ایوب ستوده شده‌اند، در قرن ۱۸ ام تصاویر طبیعت وحش در هنر و به خصوص در کارهای جنبش رمانتیک رواج بیشتری یافتند. هنرمندان بریتانیایی، جان کانستبل و ویلیام ترنر توجه خود را معطوف به اسیر زیبایی طبیعت در نقاشی‌های خود کردند. پیش از آن، نقاشی‌ها در درجه اول درباره صحنه‌های دینی و انسان‌ها بودند. شاعر معروف، ویلیام وردزورث در حالی شگفتی طبیعت را توصیف کرد، که پیش از آن طبیعت به عنوان مکانی ترسناک قلمداد می‌شد. ارزش طبیعت به طور فزاینده‌ای به بخشی از فرهنگ غربی تبدیل شد. این جنبش هنری با جنبش تعالی‌گرایی همزمان بود. یک ایده رایج طبقه‌بندی هنر زیبا، تقلید از طبیعت است. در قلب ایده‌های پیرامون زیبایی طبیعت این موضوع قرار دارد که کامل، در ضمن اشکال هندسی کامل و الگوهای طبیعی قرار دارد. همانطور که دیوید روزنبرگ گفته است «زیبایی ریشه در علم و هدف هنر دارد، و این بالاترین چیزیست که انسانیت خواهان دیدنش است.»
ماده و انرژی
چند اوربیتال اتمی اول در اتم هیدروژن که مقطعی از آن‌ها که احتمال حضور الکترون در آن بیشتر است با کد رنگی نشان داده شده است.

برخی رشته‌های علمی، طبیعت را به عنوان ماده‌ای در حال حرکت می‌دانند، که از قوانین خاصی پیروی می‌کند و علم به دنبال درک آنهاست. به همین دلیل، اساسی ترین علم قابل درک برای عموم، فیزیک است–واژه‌ای که معنای مطالعه طبیعت را دارد.

به طور معمول، ماده همان چیزیست که اجسام فیزیکی را ساخته است. او جهان قابل مشاهده را می‌سازد. امروزه تصور بر اینست که اجزای قابل مشاهده ۴٫۹ درصد جرم کلی جهان را تشکیل می‌دهند. باقی ماندهٔ جرم شامل ۲۶٫۸ درصد ماده تاریک سرد و ۶۸٫۳ درصد انرژی تاریک است. طبیعت دقیق این اجزا هنوز نامعین است، و فیزیک دانان با جدیت به دنبال یافتن آنند.

به نظر می‌رسد رفتار ماده و انرژی در سراسر جهان قابل مشاهده، از قوانین فیزیکی قابل تعریفی پیروی می‌کند. این قوانین به کار گرفته شده‌اند تا مدل‌های کیهان‌شناسی فیزیکی را تولید کنند که ساختار و روند تکامل جهانی را که ما می‌بینیم، با موفقیت توصیف کنند. عبارات ریاضی این قوانین فیزیکی شامل مجموعه‌ای از بیست ثابت فیزیکی هستند که به نظر می‌رسد در سراسر جهان قابل مشاهده، ثابتند. مقدار این ثابت‌ها با دقت زیادی اندازه‌گیری شده است٬‌اما دلیل این مقادیر نامعلوم است.
فراتر از زمین
سیاره‌های منظومه شمسی (اندازه‌ها مطابق مقیاسند ولی فواصل و روشنایی‌ها مقیاسی ندارند).
ان‌جی‌سی ۴۴۱۴ یک کهکشان مارپیچی در صورت فلکی گیسو است که قطرش ۵۶۰۰۰ سال نوری و فاصله‌اش از زمین تقریبا ۶۰ میلیون سال نوریست.

فضای خارجی که به عبارتی ساده‌تر فضا نام دارد، به مناطق نسبتا خالی گیتی خارج از جوهای اجرام آسمانی گفته می‌شود. فضای خارجی با فضای هوایی(موقعیت زمینی) متمایز است. از آن جا که غلظت هوای اتمسفر، به طور مداوم با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد، نمی‌توان مرز دقیقی بین جو زمین و فضا قایل شد. فضای خارجی داخل منظومه شمسی، فضای بیرونی نام دارد که تا فضای بین ستاره‌ای با اسم هلیوسفر ادامه دارد.

فضای خارجی به میزان اندکی با انواع مختلف مولکول‌های آلی پر گشته که تا به امروز به وسیله طیف‌نگاری مایکرو ویوی و تابش زمینه کیهانی کشف شده که از واقعه مه‌بانگ و پیدایش جهان باقی مانده است. همچنین پرتوهای کیهانی در فضا بخش شده‌اند، که شامل یونیزه شدن هسته‌های اتمی و ذرات زیراتمی متنوع می‌شوند. به علاوه در فضا گاز، پلاسما، گرد و غبار و شهاب‌وارهای کوچک وجود دارند. همچنین امروزه در فضای خارجی نشانه‌های حیات مانند مواد باقی مانده از پرتاب‌های بشری و غیر بشری قرار دارند که تهدید بزرگی برای فضاپیماها به شمار می‌آیند. برخی از این زباله‌های فضایی به اتمسفر بازمی گردند.

اگرچه در حال حاضر سیاره زمین تنها سیاره منظومه شمسیست که حیات در آن شناخته شده است، شواهد فعلی پیشبینی می‌کنند که در گذشته دور مریخ در سطح خود دارای بدنه‌های آبی بود. ممکن است برای مدتی کوتاه، در سطح مریخ حیات پدید آمده باشد. گرچه، در حال حاضر بیشتر آب باقی مانده در سطح مریخ منجمد شده است. اگر در مریخ حیات وجود داشته باشد، باید در زیر خاک و جایی که هنوز آن‌جا آب قرار دارد، آن را جست و جو کرد.

شرایط بر روی سایر سیاره‌های زمین‌سان مانند تیر و ناهید نشان می‌دهد که آن‌ها برای داشتن حیات بسیار خشن اند. اما اروپا، چهارمین قمر بزرگ مشتری ممکن است زیر سطحش اقیانوسی از آب داشته و به طور بالقوه‌ای میزبان حیات باشد.

امروزه ستاره‌شناسان شروع به شناسایی آنالوگ‌های زمینی فراخورشیدی (سیاره‌هایی که در دامنه زندگی فضا و پیرامون یک ستاره قرار دارند و از این رو ممکن است میزبان زندگی باشند) کرده‌اند.

اختراع

اختراع، یک ترکیب، دستگاه یا فرایند جدید است. یک اختراع می‌تواند از یک مدل یا ایدهٔ از پیش موجود باشد و یا می‌تواند به طور مستقل درک شده باشد.
راه آهن، تقریباً مهم ترین اختراع در حمل و نقل زمینی
قوانین

ایران

بر پایهٔ قوانین ایران «اختراع» عبارت است از نوآوری‌ای که کاربرد صنعتی یا کشاورزی داشته باشد و شامل مواد دارویی و نرم‌افزار نمی‌شود.[نیازمند منبع]
قانون ثبت طرح‌های صنعتی، علائم تجاری و اختراع دو ویژگی را برای اختراع ذکر کرده‌است: ۱. یک ابتکار جدید باشد؛ ۲.دارای کاربرد صنعتی باشد. ابتکاری بودن اختراع یعنی اینکه اختراع برای شخص دیگری با مهارت عادی در صنعت مورد نظر اختراع، واضح و معلوم نباشد. یعنی درجه‌ای از خلاقیت و اندیشه در اختراع بکار رفته باشد. جدید بودن یعنی اینکه اختراع در آن صنعت یا فن از قبل موجود نباشد و در جهان جدید باشد. بسیاری به اشتباه فکر می‌کنند که کافی است که اختراع در ایران جدید باشد، در حالیکه قانون صراحت دارد به جدید بودن اختراع در جهان. کاربرد صنعتی به جنبه علمی و کاربردی محصول یا فرایند اشاره دارد.
مواردی که به عنوان اختراع قابل ثبت نیستند:

    کشفیات با توجه به قانون به عنوان اختراع قابل ثبت نیستند. به نظر می‌رسد علت آن این است که قانونگذار خواسته که انسان‌ها مالک چیزی شوند که خود ایجاد کرده‌اند و نه چیزهایی را مالک شوند که در طبیعت از قبل موجود بوده‌است.
    نظریه‌های علمی و روش‌های ریاضی به عنوان اختراع قابل ثبت نیستند. به نظر می‌رسد علت آن جلوگیری از به انحصار گرفتن علم و دانش است.
    برای حمایت از نرم‌افزارهای رایانه‌ای قانون خاص وجود دارد اما برخی از نرم‌افزارهایی که دارای ویژگی‌های اختراع باشند را می‌توان بعنوان اختراع ثبت کرد.

مخترع

مخترع (به انگلیسی: Inventor) کسی است که چیز تازه‌ای می‌سازد یا راه تازه‌ای برای به کارگیری روش‌های قدیمی پیدا می‌کند. به چیزی که مخترع می‌سازد، اختراع می‌گویند. همهٔ چیزهایی که انسان ساخته است، مخترعی داشته‌اند.[۱]

نظام‌های حقوقی، تعاریف متفاوتی از مخترع ارایه نموده‌اند:از یک دیدگاه مخترع کسی است که برای اولین بار در ذهنش راه حل مشکل خاص ظهور کرده و او نیز راه حل مذکور را به صورت محصول یا فرآیندی تجسم مادّی بخشیده‌است. سیستم‌های حقوقی نظیر سیستم ایالات متحده آمریکا این تعریف را از مخترع ارائه داده‌اند.(first to invent). لیکن در اکثر نظام‌های حقوقی، مخترع، اولین فردی است که برای ثبت اختراع خود به اداره ثبت اختراع مراجعه می‌نماید. در مادهٔ ۲۹ قانون ثبت علایم و اختراعات ایران این نظام پذیرفته گردیده‌است. در این نظام شاید فرد درخواست دهنده، مخترع واقعی نباشد، لیکن فصل خصومت هدف مهّمتری است که نظام اخیر آن را دنبال می‌نماید و این بر عهدة مخترع می‌باشد تا در اوّلین فرصت و در مهلت پیش‌بینی شده به اداره ثبت اختراع مراجعه نموده و اختراع خود را به ثبت برساند.

تسلا (یکا)

تسلا (T) واحد چگالی شار مغناطیسی (B) است و برابر است با ۱۰,۰۰۰ گاوس.

تسلا به افتخار نیکلای تسلا نامگذاری شده با و رابطهٔ زیر تعریف می‌گردد:

    \mathrm{1\, T = 1\,\frac{V\, s}{m^2} = 1\,\frac{N}{A\, m} = 1\,\frac{Wb}{m^2} = 1\,\frac{kg}{A\, s^2}}

گاوس (یکا)

گاوس (به اختصار G) یکای فرعی اندازه‌گیری میدان مغناطیسی (B) است که به افتخار ریاضیدان و فیزیکدان آلمانی -کارل فریدریش گاوس- به این نام خوانده شده‌است. این یکا برابر ۱‎×۱۰-۴ تسلا است.

میدان مغناطیسی زمین

هر یک از دو قطب میدان مغناطیس زمین را قطب مغناطیسی می‌نامند.

قطب شمال میدان مغناطیسی در آمریکای شمالی و قطب جنوب آن در منطقهٔ قطب جنوب واقع شده‌اند. قطب‌های مغناطیسی به طور ثابت در یک نقطه قرار ندارند و به تدریج تغییر مکان می‌دهند. محل قطب مغناطیسی شمال در سال ۱۹۹۷ در نزدیکی جزیره الف رینگنس واقع در کانادا به مختصات ۱۰۴ درجه باختری و ۷۹ درجه شمالی قرار داشته است و موقعیت قطب جنوب آن در سال ۱۹۹۵، در طول جغرافیایی ۱۰۸ درجه شرقی و عرض جغرافیایی ۷۹ درجه جنوبی، در جنوبگان قرار داشته‌است. نکته جالب این است که دو قطب شمال و جنوب مغناطیس هیچ گاه روی قطر کره زمین قرار نگرفته و خط پیونددهنده آن دو همواره از فاصله حدود ۱۲۰۰ کیلومتری مرکز زمین گذر می‌کند. بزرگی میدان مغناطیسی در سطح زمین بین 25 تا 65 میکرو تسلا (0.25 تا 0.65 گاوس) است.

قطبش (موج‌ها)

قطبش یا پلاریزاسیون یکی از ویژگی‌های امواج عرضی است که جهتِ نوسان را در صفحهٔ عمود بر انتشار موج نشان می‌دهد. در الکترومغناطیس، قطبشِ یک موج الکترومغناطیسی (مانند نور) نشان‌دهندهٔ جهت بردارِ میدان الکتریکی آن نسبت به راستایِ انتشار است.

در امواج قطبش‌های متفاوتی را می‌توان دید؛ از جمله قطبش بیضوی و دایروی (که نوع خاصی از قطبش بیضوی است) و قطبش خطی.

محتویات

    ۱ انواع قطبش
        ۱.۱ موج تخت
        ۱.۲ حالت قطبش
        ۱.۳ نور پلاریزه نشده
        ۱.۴ پارامتر سازی
        ۱.۵ پارامتر ساز ی درانعکاس نیم پلاریزه شده و وابسته (همدوس)
        ۱.۶ انتشار؛ انعکاس، تفرق (پراکندگی)
        ۱.۷ پلاریزاسیون (قطبش) در طبیعت، علوم و تکنولوژی
        ۱.۸ اثرات قطبش در زندگی روزمره
        ۱.۹ زیست شناسی
        ۱.۱۰ زمین شناسی
        ۱.۱۱ شیمی
        ۱.۱۲ ستاره شناسی
        ۱.۱۳ فیلم های۳ بعدی
        ۱.۱۴ کاربردهای آن در رادارو ارتباطات
        ۱.۱۵ زاویه بروستر
    ۲ تعریف
    ۳ کاربردها
    ۴ پنجره بروستر
    ۵ منابع
    ۶ پیوند به بیرون
        ۶.۱ علوم پایه
        ۶.۲ دریا نوردی(کشتیرانی)
        ۶.۳ عکاسی
    ۷ منابع

انواع قطبش
نمودار قطبش خطی
نمودار قطبش دایره‌ای
نمودار قطبش بیضوی
گونه‌های مختلف قطبش.

امواج طولی مانند صوت قطبش ندارند، زیرا راستای نوسان در این امواج در راستای پیشروی آن‌ها بوده و بنابراین به طور یکتا تعیین می‌شود. ولی در امواج عرضی مانند نور جهت نوسان میدان الکتریکی یکتا نیست و با قطبش تعیین می‌شود. قطبش عمود بر مسیر حرکت موج است. در این حالت میدان الکتریکی در یک جهت هدایت می‌شود (قطبش خطی) یا ممکن است که آن به حالت چرخشی درآید مثل حرکت موج (قطبش چرخشی یا فشرده) در حالت‌های دیگر نوسان‌ها می‌توانند در حرکت به طرف راست یا چپ بچرخند. طبق اینکه کدام چرخش در یک موج مشخص نشان داده شود به آن گردش می‌گویند. در کل قطبش موج الکترومغناطیسی یک مسئله پیچیده‌است. برای مثال در یک موج مثل فیبرنوری یا پرتوهای پلاریزه شده در فضای آزاد، توضیح دادن پلاریزاسیون موج پیچیده‌تر است، چون میدان‌ها اجزای طولی و عرضی دارند. برای موج‌های طولی مثل امواج صوتی در سیال‌ها، جهت نوسان به وسیله مسیر حرکت مشخص می‌شود و بنابراین قطبشی وجود ندارد. در یک وسیله جامد امواج صوتی می‌توانند به صورت عرضی باشند. در این حالت قطبش با مسیر تنش برشی در سطح عمود بر جهت انتشار در ارتیاط است. این موضوع در زلزله‌شناسی اهمیت دارد. قطبش در زمینه علوم و تکنولوژی در رابطه با انتشار موج اهمیت دارد مثل علوم نوری، مخابرات و علوم رادار. قطبش نور را می‌توان با یک قطبش اندازه گیری کرد.
موج تخت

ساده ترین مظهر قطبش که قابل تصور است موج تخت می‌باشد که تقریب مناسب در اکثر امواج نوری هستند.(یک موج تخت عبارت است از یک موج با جبهه موج وسیع و بلند) برای توابع موج‌های تخت «مکس ول» مخصوصا قوانین گاوس نیاز به نوسنجی را تحمیل می‌کند که میدان الکتریکی و مغناطیسی عمود بر جهت انتشار و عمود بر یکدیگر هستند. وقتی که قطبش را در نظر می‌گیریم بردار میدان الکتریکی مشخص می‌شود و میدان مغناطیسی نادیده گرفته می‌شود، چون آن عمود بر میدان الکتریکی در یک موج تخت به طور دلخواه به دو مولفه عمود بر هم تحت عنوانx وyتقسیم می‌شوند. برای مثال یک موج هارمونیک در جائیکه دامنه بردار الکتریکی در حالت سینوسی در زمان متفاوت است، دو مولفه دقیقاً دارای فرکانس یکسانی هستند. با این حال این مولفه‌ها دارای ویژگی‌های مشخص دیگری هستند که با هم فرق دارند. اولاً دو مولفه دارای دامنه یکسانی نیستند، ثانیاً دو مولفه دارای فاز یکسانی نیستند یعنی اینکه آن‌ها همزمان به حداقل و حداکثرنمی‌رسند. از نظر ریاضی میدان الکتریکی در یک موج به صورت زیر نوشته می‌شود: \vec{E}(\vec{r},t) = \mathrm{Re} \left[\left(A_{x}, A_{y}\cdot e^{i\phi}, 0 \right) e^{i(kz - \omega t)} \right] یا متناوباً که: \vec{E}(\vec{r},t) = (A_{x}\cdot \cos(kz - \omega t), A_{y}\cdot \cos(kz - \omega t + \phi), 0)
حالت قطبش

طرح ترسیم شده در یک طرح ثابت با بردار الکتریکی مثل یک موج صفحه‌ای که از آن می‌گذرد، حالت قطبش را نشان می‌دهد. شکل‌های بالا بعضی از نمونه‌های تغییر شکل بردار میدان الکتریکی را با زمان (محورهای عمودی) در یک نقطهٔ مشخص در فضا در راستای مولفه‌های x وy را نشان می‌دهد و مسیر با نوک بردار در صفحه مشخص می‌شود. تغییر مشابه زمانی رخ می‌دهد که به میدان الکتریکی در یک زمان مشخص نگاه کنیم در حالی که تغییر نقطه در فضا در راستای خلاف جهت انتشار باشد: خطی، دایره‌ای، بیضی. در سمت چپ ترین شکل بالا دو مولفه قائم در فاز وجود دارند. در این حالت نسبت مقاومت دو مولفه ثابت است، بنابراین جهت بردار الکتریکی هم ثابت است چون نوک بردار یک خط در صفحه رسم می‌کند این حالت خاص را قطبش خطی می‌نامند. مسیر (جهت) این خط به نوسان نسبی در دو مولفه بستگی دارد. در شکل وسط دو مولفه عمود بر هم دقیقاً نوسان یکسانی دارند، دقیقاً ۹۰ درجه خارج از فاز هستند. در این حالت یک مولفه صفر است. وقتی مولفه دیگر در دامنه مینیمم یا ماکسیمم باشد دو رابطه فازی احتمالی وجود دارند که این نیازمندی را جبران می‌کنند. مولفهx نود درجه از مولفه y جلو است یا آن می‌توان ۹۰ درجه از مولفه y عقب باشد در این حالت مخصوص مدار الکتریکی یک دایره در سطح رسم می‌کند. این حالت به خصوص را قطبش دایره‌ای (چرخشی) می‌نامیم. جهت چرخش‌های میدان به این بستگی دارد که کدام دو رابطه فازی موجود باشد. این حالت را قطبش دایره‌ای دست راست و قطبش دایره‌ای دست چپ نامیده می‌شوند و بستگی به این دارند که کدام جهت بردار الکتریکی می‌چرخد. حالت دیگر وقتی است که دو مولفه در فاز نباشند و با دامنه یکسانی نداشته باشند یا ۹۰ درجه بیرون از فاز نباشند. اگرچه فاز آنها عوض می‌شود ونسبت دامنه آنها ثابت می‌ماند. این نوع قطبش، قطبش بیضی شکل نامیده می‌شود چون بردار الکتریکی یک بیضی در سطح رسم می‌کند. این در شکل بالا در سمت راس نشان داده شده‌است. تجزیه دکارت در میدان الکتریکی در مراحل X.Y به صورت اختیاری است. امواج صفحه‌ای در هر پلاریزاسیون با جایگزین کردن ترکیب دو موج پلاریزه شده بیضی شکل برای نمونه امواج در خلاف پلاریزاسیون دایره‌ای مشخص می‌شوند. تجزیه پلاریزاسیون دکارت وقتی طبیعی است که با انعکاس از سطوح، انکسار مضاعف مواد، یا انعکاس سینکروترون سر و کار داشته باشد. حالت‌های پلاریزه شده دایره‌ای سودمندترین پایه و اساس برای تحقیق درباره انتشار نور در ایزومر فضایی هستند. اگرچه این بخش پلاریزاسیون را برای امواج صفحه‌ای ایده‌آل مورد بررسی قرار می‌دهد ولی تمام مواد بالا را می‌توان برای تشخیص خیلی دقیق و صحیح اکثر آزمایش‌های اپتیکال (نوری) عملی که از روش هایMET استفاده می‌کنند بکار برد. که شامل اپتیک گاس هم می‌شود.
Animation of a circularly polarized wave as a sum of two components
نور پلاریزه نشده

اکثر منابع انعکاس الکترو مغناطیسی شامل تعداد زیادی از اتم‌ها یامولکول‌هایی هستند که نور را منعکس می‌کنند. جهت داری میدان‌های الکتریکی که توسط این ساطع کننده‌ها به وجود می‌آیندبا هم همبسته نیستند، که در آن حالت گفته می‌شود که نور پلاریزه نشده‌است. اگر یک همبستگی میان ساطع کننده‌ها وجود داشته باشد، نور پلاریزه می‌شود. اگر پلاریزاسیون با طیف منبع سازگاری داشته باشد، نور پلاریزه شده بعنوان یک انطباق در یک مؤلفه کاملاً پلاریزه نشده و یک مؤلفه پلاریزه شده مشخص می‌شوند. ممکن است که نور بر حسب میزان پلاریزاسیون و پارامترها در بیضی پلاریزاسیون مشخص شوند.
پارامتر سازی
Polarisation ellipse2.svg

برای راحتی کار حالت‌های پلاریزاسیون اغلب بر حسب بیضی پلاریزاسیون مخصوصاًجهت داری و کشیدگی (افزایش طول) مشخص می‌شوند. یک پلاریزاسیون معمولی از زاویه جهت داریΨ استفاده می‌کنندکه آن یک زاویه بین نیم محور اصلی در بیضی و محورX (به عنوان زاویه انحراف یا زاویه گرا) و بیضیت (تفاضل قطرین)، εنسبت محور اصلی به فرعی (که نسبت هم محوری نامیده می‌شود) است. تفاضل قطرین صفر یا بی نهایت برابر با پلاریزاسیون خطی است و تفاضل قطرین (بیضیت)۱برابر با پلاریزاسیون دایره‌ای است. زاویه تفاضل قطرین (بیضیت)εtoccra=Xمعمولاً استفاده می‌شود. یک نمونه را می‌توانید در نمودار سمت راست ببینید. یک تناوب برای تفاضل قطرین یا زاویه تفاضل قطرین (بیضیت) گریز از مرکز است. با ایسن حالت بر خلاف زاویه گرا و زاویه بیضیت این مورد اخیر هیچ تغییر هندسی واضحی بر حسب کره«پوئین کر»ندارد. اطلاعات کامل در مورد حالت کاملاً پلاریزه شده به وسیله دامنه و فاز اوسیلاسیون (نوسان) در دو مولفه در بردار میدان الکتریکی در صفحه پلاریزاسیون بدست می‌آید. از این مورد می‌توان برای نشان دادن اینکه چطور حالت‌های مختلف در پلاریزاسیون امکان پذیر هستند به کار برد. اطلاعات فاز و دامنه نشان دهنده یک بردار پیچیده دو بعدی است. در اینجا1aو2a نشان دهنده موج در دو مولفه در بردار میدان الکتریکی است در حالیکه ۱θو۲θنشان دهنده فازهاست. ایجاد یک بردار جونز با یک تعداد زیادی از ضرایب واحد یک بردار متفاوت جونز را مشخص می‌کند که نشان دهنده بیضی مشابه‌است و بنابراین حالت مشابهی هم در پلاریزاسیون درد. میدا ن الکترکی فیزیکی به عنوان یک قسمت واقعی در بردار جونز تغییر داده می‌شود. ولی خود حالت پلاریزاسیون مستقل از فاز مطلق می‌باشد. بردارهای اصلی که برای نشان دادن و معرفی بردار جونز به کار برده می‌شود نیازی ندارند تا حالت‌های پلاریزاسیون خطی را نشان دهند. در کل هر دو حالت را می‌توان در جایی به کار برد که یک جفت بردار عمودی بعنوان یک بردار باشند که یک حاصل داخلی صفر دارند. یک انتخاب معمولی پلاریزاسیون‌های دایره‌ای راست و چپ است. صرفنظر از اینکه آیا بیضی‌های پلاریزاسیون با استفاده از پارامترهای هندسی یا بردارهای جونز نشان داده می‌شوند یا خیر، پلاریزاسیون یک جهت دار ی چارچوب مختصات است. این مقداری آزادی عمل بوجود می‌آورد. برای مثال چرخش در جهت انتشار وقتی نور مورد نظر موازی با سطح زمین منتشر می‌شود. عبارت پلاریزاسیون افقی و عمودی بکار برده می‌شود که با پلاریزاسیون قبلی که با مولفه اول در بردار جونز یا زاویه گرا ارتباط دارد.

    \mathbf{e} = \begin{bmatrix} a_1 e^{i \theta_1} \\ a_2 e^{i \theta_2} \end{bmatrix}.

از طرف دیگر در ستاره شناسی سیستم مختصات استوایی با گرا ی صفر برابر با شمال به جای آن بکار می‌رود. سیستم مختصات دیگری که غالباً بکار می‌رود با صفحه‌ای که با مسیر انتشار و یک بردار عمود بر صفحه در سطح انتشار مرتبط می‌شود. این به عنوان صفحه تابش نامیده می‌شود. مولفه میدان الکتریکی با این صفحه موازی است کهekil -P(پی شکل) نامیده می‌شود. و مولفه عمود بر این صفحهekil -S (اس شکل) گفته می‌شود که نور با میدان الکتریکی پلاریزه، پی –پلاریزه صفحه مماس پلاریزه شده‌است یا یک موج عرضی مغناطیسی است(MT). نور با میدان الکتریکی (اس شکل) به صورتdeziralop-S(پلاریزه شده به شکل اس) و همچنین پلاریزه شده سیگما یا صفحه سهمی پلاریزه شده‌است یا به عنوان یک موج عرضی الکتریکی(ET) نامیده می‌شود.
پارامتر ساز ی درانعکاس نیم پلاریزه شده و وابسته (همدوس)

در حالت انعکاس نیم پلاریزه شده، بردار جونز در زمان و مکان طوری در تغییر هستند که از سرعت ثابت چرخش فاز در تکفام موج‌های کاملاً پلاریزه شده متفاوت می‌باشند. در این حالت میدان موج دارای تغییر است و فقط اطلاعات آماری را می‌توان درباره وریاسیون‌ها (نوسان‌ها) و همبستگی‌های بین مولفه هادر میدان الکتریکی جمع آوری کرد. این اطلاعات در ماتریس وابسنگی (همدوسی) قرار دارند. جائیکه پارانتزهای زاویه دارنشان دهنده میانگین در چرخه‌های موج‌های زیادی هستند. چندین متغیر در ماتریس وابستگی پیشنهاد شده‌اند. ماتریس وابستگی (همدوسی)«وینر» و ماتریس وابستگی طیفی «ریچارد باراکارت» میزان وابستگی یک تجزیه طیفی را در سیگنال اندازه گیری می‌کنددر حالیکه ماتریس وابستگی (همدوسی) ولف تمام زمان فرکانس‌ها را میانگین گیری می‌کند. ماتریس وابستگی (همدوسی) شامل تمام اطلاعات آماری منظم ثانویه درباره پلاریزاسیون است. این ماتریس را می‌توان در مجموع به دو ماتریس تجزیه کرد که برابر با بردار ماتریس وابستگی (همدوسی) است و هر کدام حالت پلاریزاسیون را که عمود بر دیگری است را نشان می‌دهد. یک تجزیه انتخابی کامل با در مولفه‌های پلاریزه شده دترمینان صفر و غیر پلاریزه شده ماتریس واحد درجه بندی شده وجود دارد. در هر حالت عملیات جمع کردن مولفه‌های با انطباق نا همدوس در موج‌هایی از دو مولفه برابر است. یک حالت دیگر برای مفهوم درجه میزان پلاریزاسیون به وجود می‌آید یعنی شکستگی در مجموع شدت بوجود آمده توسط مولفه کاملاً پلاریزه شده. ماتریس همدوس را نمی‌توان به راحتی تصور کردبنابراین آن را برای توصیف انعکاس نیمه پلاریزه شده یا ناهمدوس در مجحموع شدت آن(I) میزان پلاریزاسیون (p)و پارامترهای قالبی در بیضی پلاریزاسیون می‌باشد. توصیف مناسب و پیشنهادی توسط پارامترهای استوک ارائه شده توسط جورج گابریل استوک در سال۱۸۵۲معرفی شدند. رابطه پارامترهای استوک در پارامترهای بیضی پلاریزاسیون، شدت در معادلات، شکل زیر نشان داده شده‌اند.

    \mathbf{\Psi} = \left\langle\mathbf{e} \mathbf{e}^\dagger \right\rangle\,

        =\left\langle\begin{bmatrix} e_1 e_1^* & e_1 e_2^* \\ e_2 e_1^* & e_2 e_2^* \end{bmatrix} \right\rangle
        =\left\langle\begin{bmatrix} a_1^2 & a_1 a_2 e^{i (\theta_1-\theta_2)} \\ a_1 a_2 e^{-i (\theta_1-\theta_2)}& a_2^2 \end{bmatrix} \right\rangle

در اینجاpI، ψ۲،X2 مختصات کروی در حالت پلاریزاسیون (قطبش) سه بعدی در سه پارامتر آخر استوک هستند. به فاکتورهای دو قبل ازψ،X که برابر با حقیقت‌هایی است که هر بیضی قطبش (پلاریزاسیون) از یک چرخش۱۸۰درجه یا با طول‌های نیمه محور خارج شده با یک چرخش ۹۰درجهت غیر قابل تشخیص هستند. پارامترهای استوک بعضی اوقات I،U،V،Qرا مشخص می‌کنند. پارامترهای استوک شامل تمام اطلاعات مربوط به ماتریس همدوس هستند و با آن از نظر خطی به وسیله ماتریس واحد به اضافه سه ماتریس «پلی»ارتباط دارند. از نظر ریاضی فاکتور دو زاویه فیزیکی مربوط به هم نسبت به نقاط مقابل آن‌ها در فضای استوک از به کار گیری گشتاورهای مرتبه دوم و همبستگی‌ها مشتق می‌شوندو نقاط مقابل اطلاعات را به علت تغییر ناپذیری فاز مطلق از دست می‌دهند. شکل بالا به کار بردن یک معرف مناسب را در سه پارامتر آخر استوک بعنوان مولفه‌ها در یک فضای بردار سه بعدی را بوجود می‌آورد. این فضای بسیار مرتبط با فضای «پوئین کر»است که سطح کروی کاملاً با حالت‌های پلاریزه شده در محل بردار اشغال شده‌است. کل چهار پارامتر استوک را می‌توان با بردار چهار بعدی استوک ترکیب کرد که می‌توان آن را تحت عنوان چهاربردار در فضای «مین کوسکی»تفسیر کرد. در این حالت تمام حالت‌های پلاریزاسیون قابل درک، برابر با زمان مشابه بردارهای بعدی هستند.
Poincaré sphere diagram

    S_0 = I \,

    S_1 = I p \cos 2\psi \cos 2\chi\,

    S_2 = I p \sin 2\psi \cos 2\chi\,

    S_3 = I p \sin 2\chi\,

انتشار؛ انعکاس، تفرق (پراکندگی)

در خلأ مولفه‌ها در میدان الکتریکی با سرعت نور منتشر می‌شوندطوریکه فاز موج در زمان و مکان متفاوت می‌شود در حالیکه حالت پلاریزاسیون این گونه نیست. یعنیK تعداد موج وZ مثبت مسیر (جهت) انتشار است. همان طوری که در بالا به آن اشاره کردیم بردار الکتریکی فیزیکی یک قسمت واقعی در بردار جونز به شمار می‌رود. وقتی که موج‌های الکترومغناطیسی به یک ماده اثر می‌کنند، انتشار آنها تغییر می‌کند. در بسیاری از وسایل، امواج الکترومغناطیسی در داخل به دو مولفه عمودی تجزیه می‌شوند که اثرات انتشار متفاوتی دارند. یک شرایط مشابه در مسیرهای پردازش سیگنال در سیستم ردیاب وجود دارد که مستقیماًمیدان الکتریکی را ثبت می‌کند. چنین اثراتی را می‌توان به آسانی به شکل یک کمپلکس ۲×۲ماتریس تغییر که ماتریس جونز نامیده می‌شود مشخص کرد. به طور کلی ماتریس جونز در یک واسطه به فرکانس امواج بستگی دارد. در مورد اثرات انتشار در دو حالت عمود بر هم ماتریس جونز رامی توان به صورت زیر نوشت که 1g،2gتعداد کمپلکس هستند که نشان دهنده تغییر در دامنه و فازی است که در هر یک از دو حالت انتشار به وجود آمده‌است وT یک ماتریس واحد است که نشان دهنده یک تغییر اساسی از این حالت‌های انتشار به سیستم خطی به کار رقته برای بردارهای جونز است. برای این وسایل که دامنه‌ها تغییر نمی‌کنندولی یک تغییر فازی متفاوت اتفاق می‌افتد. ماتریس جونز واحد است در حالیکه آنهایی که دامنه را بدون فاز تحت تأثیر قرار می‌دهند دارای ماتریس های«هرمیتین جونز»هستند. در حقیقت چون هر ماتریس به عنوان محصول ماتریس‌های مثبت هرمیتین و واحد نوشته می‌شود، هر نوع نتیجه گیری در اثرات انتشار خطی صرف نظر از میزان پیچیدگی و کمپلکس را می‌توان به عنوان محصول دو نوع اصلی تغییرات در نظر گرفت. جهت‌ها به وسیله بردارها در فضای پوئین تحت انکسار مضاعف در نظر گرفته می‌شوند. حالت‌های انتشار را با خط‌های آبی و قرمز و زرد نشان داده می‌شوند و بردارهای اولیه با خط‌های سیاه ضخیم و جهت‌هایی که آنها دارند با بیضی‌های رنگی نشان داده می‌شوند. وسیله‌ای که در آن دو حالت یک تأخیر تفاضلی را افزایش می‌دهد انکسار مضاعف نامیده می‌شوند. جلوه‌های معروف این اثر در صفحه‌های موج اپتیکال (روش‌های خطی) و در چرخش اپتیکال (روش‌های دایره‌ای یا چرخشی) ظاهر می‌شوند. یک مثال ساده و قابل تصور این است که در جایی که حالت‌های انتشار خطی هستند و انعکاس وارده به صورت خطی در یک زاویه ۴۵درجه در حالت پلاریزه می‌شوند همانطوریکه تفاوت فاز شروع ظاهر شدن می‌کند پلاریزاسیون (قطبی شدن) به صورت بیضی در می‌آیدو تبدیل به پلاریزاسیون کاملاً دایره‌ای (تفاوت فاز ۹۰درجه) می‌شود و سپس به صورت بیضی و بعد به صورت خطی (فاز۱۸۰درجه) با یک زاویه گرای عمود بر جهت اصلی در می‌آید و سپس دوباره در فاز ۲۷۰درجه می‌چرخد و سپس با زاویه گرای اصلی به صورت بیضی شکل در می‌آید و سپس به حالت پلاریزه شده خطی اصلی فاز ۳۶۰درجه بر می‌گردد که درآنجا چرخه دوباره آغاز می‌شود. در کل این حالت پیچیده تر است و به عنوان یک چرخش در فضای «پوئین کار»مشخص می‌شوند که درباره محور تعیین شده به وسیله حالت‌های انتشار است.(این نتیجه هم ریختی(2)usبا(3)os است). نمونه‌هایی از انکسار مضاعف خطی (آبی)، دایره‌ای (قرمز) و بیضی (زرد) را در شکل سمت چپ مشاهده می‌کنید.

شدت مطلق (کلی) و میزان پلاریزاسیون بی اثر هستند. اگر میزان طول در وسیله انکسار نور کافی باشد، موج‌های صفحه‌ای ماده را با یک مسیر انتشار بر حسب انکسار متفاوت خارج خواهد کرد. برای مثال این حالتی است که در کریستال‌های ماکروسکوپی آهک وجود دارد که به بیننده دو نقطه را نشان می‌دهد، تصاویرپلاریزه شده قائم (عمودی) درآنچه که از طریق آنها دیده می‌شوند. این اثربود که اولین کشف پلاریزاسیون را توسط اراسبوس بارسلونیوس در سال ۱۶۶۹فراهم کرد. بعلاوه تغییر فاز و بنابراین تغییر در حالت پلاریزاسیون معمولاً یک بسامد مستقل است که در ترکیب با دو رنگی غالباًرنگ‌های روشن و اثرات شبه رنگین کمانی افزایش می‌یابد. وسیله‌ای که در آن دامنه انتشار امواج در یکی از حالت‌ها کاهش می‌یابد تحت عنوان دو رنگ نما شناخته می‌شوند. وسایل یکه تقریباًتمام انعکاس‌ها را در یک حالت مسدود می‌کنند صافی قطبی یا به عبارت ساده تر قطبنده نامیده می‌شوند. طبق پارامترهای استوک شدت مطلق کاهش می‌یابد وقتی که بردارها در فضای«پوئین کار»به طرف جهت حالت مطلوب کشیده می‌شوند. از نظر ریاضی در عملیات پارامترهای استوک مثل یک بردار -۴منیکوویسکی، تغییر یک افزایش مدرج لورنتز است (بر طبق هم ریختی(C،2) SL، گروه محدود شده لورنتز(۳،1)OSاست.)وقتی که اطلاعات لورنتز زمان دقیق را حفظ می‌کندمقدار Ψ = S۰۲-S۱۲-S۲۲-S۳۲ در داخل یک عدد ثابت افزاینده در تغییرات ماتریس جونز تغییر ناپذیر است. در انکسار مضاعف و در وسیله دورنگ نما علاوه بر نوشتن یک ماتریس جونز برای تاثیر اصلی برای عبور از میان یک مسیر مشخص در یک واسطه مشخص ارزیابی حالت پلاریزاسیون (قطبی شدگی) در راستای آن مسیر (جهت) را می‌توان به عنوان نتیجه در سری‌های نامحدود و در گام‌های بی نهایت کوچک مشخص کرد که هر کدام در حالت بوجود آمده توسط تمام ماتریس‌ها عمل می‌کنند. در یک وسیله (واسطه) یکنواخت هر گام یکسان است و به صورت زیر نوشته می‌شود:کهJاتلاف/بهره واقعی است.D ماتریس بی اثر مثلeDα است کهe را نسبتZ مشتق گیری می‌کند. اگر Dهرمیتینی باشدپس تؤثیر آن دو رنگی است در حالیکه یک ماتریس واحدانکسار مضاعف را مدل سازی می‌کند. ماتریس Dرا می‌توان به عنوان یک ترکیب خطی در ماتریس‌های «پوئلی»بیان کردکه ضرایب واقعی ماتریس‌های هرمیتینی را به وجود آورد و ضرایب فرضی ماتریس‌های واحد را به وجود می‌آورند. ماتریس جونز در هر حالت با ساختار مناسب نوشته می‌شوند. که یکσ بردار-۳ایجاد شده از ماتریس‌های پوئلی است (که در اینجا بعنوان ژنراتورهایی برای گروه لیSL استفاده می‌شوند و n،mبردارهای -۳واقعی در فضای پوئین کار برابر با یکی از حالت‌های انتشار در واسطه (وسیله) است. تأثیرات بوجود آمده در آن فضا مشابه یک افزایش لورنتز در پارامتر سرعت β۲در راستای جهت مشخص با یک چرخش در زاویهΦ۲ در محور مشخص است. این تغییرات را می‌توان به عنوان دو چهارتایی نوشت که عناصر مرتبط با ماتریس جونز شبیه پارامترهای استوک هستند که با ماتریس همدوسی رابطه دارند. سپس آنها را می‌توان در پس ضریب و پیش ضریب به صورت چهار قسمتی که نشان دهنده ماتریس همدوسی هستند. با کاربرد معمولی در نمای چهار قسمتی برای چرخش‌های صورت گرفته به کاربرد و افزایش‌ها به صورت مشابه با معادلات نمایی ماتریس بالا در می‌آیند. علاوه بر انکسار مضاعف و دو رنگی در واسطه گسترده شده، اثرات پلاریزاسیون با استفاده از ماتریس‌های جونز قابل توضیح هستند و می‌توانند در یک واسطه بین دو چیز با شاخص انکسار متفاوت به وجود آیند. این تأثیرات را می‌توان با معادلات فرنل مرتبط کرد. قسمتی از موج فرستاده می‌شود و قسمتی منعکس می‌شود که مقدار آن بستگی به زاویه انکسار و انتشار دارد. بعلاوه اگر صفحه سطح انعکاس با صفحه انتشار موج هم تراز نباشد پلاریزاسیون در دو قسمت تغییر می‌کند. به طور کلی ماتریس جونز در انعکاس و انتقال واقعی هستند و اثرات مشابهی با یک پلاریزاسیون خطی ساده بوجود می‌آورند. برای یک نور غیر قطبی (غیر پلاریزه) که به یک سطح با یک زاویه مناسب که زاویه«بری واستر»نامیده می‌شود، برخورد می‌کند، موج منعکس شده کاملاًبه شکلSپلاریزه شده خواهد شد. اثرات بخصوص باعث بوجود آمدن تغییرات خطی در بردار جونز نخواهند شد و بنابراین نمی‌توانند با ماتریس‌های جونز توصیف شوند. در این شرایط بهتر است که به جای آن از یک ماتریس ۴×۴استفاده کردکه در بردار -۴استوک عمل می‌کند. چنین ماتریس‌هایی در ابتدا توسط «پل سولیلت»در سال۱۹۲۹به کار برده شده، اگرچه آنها را با نام ماتریس‌های مولر به طور فراوان برای مطالعه اثرات پراکندگی امواج از سطوح پیچیده یا مجموعه‌ها یا ذرات به کار می‌روند.
Birefringence diagram
پلاریزاسیون (قطبش) در طبیعت، علوم و تکنولوژی
اثرات قطبش در زندگی روزمره

اثر یک دو قطبی کننده در انعکاس از سطوح تیره، در تصویر سمت چپ، دو قطبی کننده می‌چرخد و انعکاس‌ها را تا حد امکان، امکان پذیر می‌کند. یک دو قطبی کننده با یک چرخش۹۰درجه تقریباًتمام نورهای مسدود شده را منعکس می‌کند. اثر صافی قطبی در فضای یک عکس در تصویر سمت راست از یک فیلتر (صافی) استفاده می‌شود. نور منعکس شده توسط مواد روشن و شفاف کاملاً، تا حدی پلاریزه می‌شود به جز در موارد ی که نور عمود بر سطح بتابد. با توجه به وجود این اثر پلاریزاسیون اولین بار در سال۱۸۰۸توسط ریاضیدانی به نام «اتینی لوئیس مالوس»کشف شد. یک صافی قطبی مثل یک عینک آفتابی قطبی را می‌توان برای جذب این اثر با چرخش صافی در مواقعی بکار برد که از آن به نور منعکس شده از سطح افقی دور دست نگاه می‌کنیم. در زوایای خاص چرخش، انعکاس نور به حداقل می‌رسد یا حذف می‌شود. صافی قطبی نور قطبی را در ۹۰درجه نسبت به محور قطبی صافی جابجا می‌کند و از بین می‌برد. اگر دو عدد قطبی کننده در بالای یکدیگر با زاویه‌های ۹۰درجه نسبت به همدیگر قرار داده شوند، انتقال نور به حداقل می‌رسد.
Effect of a polarizer on reflection from mud flats. In the picture on the left, the polarizer is rotated to transmit the reflections as well as possible; by rotating the polarizer by 90° (picture on the right) almost all specularly reflected sunlight is blocked.
The effects of a polarizing filter on the sky in a photograph. The picture on the right uses the filter.

پلاریزاسیون همراه با پراکندگی را می‌توان به عنوان نوری مشاهده کرد که از جو عبور می‌کند. نور پراکنده شده باعث روشن شدن و رنگی شدن آسمان می‌شود. پلاریزاسیون نسبت به نور پراکنده شده را می‌توان برای تیره کردن آسمان در عکس‌ها بکاربرد که فضا را افزایش می‌دهد. این اثر را براحتی در غروب خورشید، در افق در یک زاویه ۹۰درجه از خورشید مشاهده می‌کنید. اثر دیگری که به راحتی قابل مشاهده کاهش شدید نور تصاویر در آسمان و ابرها ی منعکس شدهاز سطوح افقی است که دلیل اصلی استفاده از صافی‌ها در عینک‌های آفتابی است و هم چنین رؤیت پذیری از طریق این اثرات عینک‌های آفتابی قطبی نمونه‌هایی شبیه رنگین کمان هستندکه از طریق اثرات انکسار پذیری مضاعف وابسته به رنگ بوجود می‌آیند. برای مثال در شیشه مقاوم (مثل شیشه‌های اتومبیل) یا وسایلی که از پلاستیک‌های شفاف ساخته می‌شوند. نقشی که پلاریزاسیون در عملکرد کریستال مایع بازی می‌کند(sDCL)برای کسی که از عینک‌های آفتابی قطبی استفاده می‌کند معلوم است و آن میزان اختلاف را کاهش می‌دهد. پلاریزاسیونعینک‌های آفتابی میزان فشار را در شیشه اتومبیل آشکار می‌کند. تصویر سمت راست با استفاده از عینک‌های آفتابی قطبی و از پشت شیشه مقاوم اتومبیل گرفته شده‌است. نور از آسمان بوسیله شیشه جلوی ماشین، در ماشین دیگر در یک زاویه منعکس می‌شودو غالباً آن را به صورت افقی پلاریزه می‌کند. شیشه مقاوم از شیشه آبداده تهیه می‌شود. فشار حاصل از گرما در شیشه، پلاریزاسیون نوری را که از آن عبورمی کندتغییر می‌دهد. مثال یک موج صفحه‌ای. بدون این اثر، عینک آفتابی نورپلاریزه شده افقی را که از شیشه ماشین دیگر منعکس می‌شود را مسدود می‌کند (مانع از تابش می‌شود). فشار در شیشه مقاوم بعضی از نورهای پلاریزه شده افقی را در نور پلاریزه شده عمودی تغییر می‌دهد که می‌توان از داخل شیشه‌ها عبورکند. در نتیجه الگوی_نمونه) منظم در رفتار گرما رؤیت پذیر می‌شود.
Polarizing sunglasses reveal stress in car window (see text for explanation.)
زیست شناسی

بسیاری از حیوانات ظاهراً قادر هستند تا بعضی از مؤلفه‌های پلاریزاسیون نوربرای مثال نور پلاریزه شده افقی خطی را مشاهده کنند. این معمولاًبرای اهداف کشتیرانی به کار می‌رود. چون پلاریزاسیون خطی در نور آسمان همیشه در مسیر (جهت) خورشید منتشر می‌شود. این توانایی در میان حشرات شایع است که شامل زنبورها می‌شود. آنها از این اطلاعات برای هماهنگ کردن حرکت‌های ارتباطی استفاده می‌کنند. حساسیت پلاریزاسیون را می‌توانیم در گونه‌هایی از اختابوس‌ها، ده پاها و میگوها مشاهده شده‌است. در حالت دیگر یک گونه تمام شش مؤلفه قائم (عمودی) پلاریزاسیون را اندازه گیری می‌کند و تصور می‌شود که دارای بینایی پلاریزاسیون مطلوب هستند. تغییرات سریع در رنگ پوست ده پاها که برای برقراری ارتباط است، الگوهای پلاریزاسیون را بوجود می‌آورد. و میگوها هم دارای بافت انعکاسی انتخابی پلاریزه شده هستند. تصور می‌شود پلاریزاسیون آسمان که به وسیله کبوترها درک می‌شود. یکی از اهداف آنها در لانه یابی است. ولی تحقیقات نشان دادند که این یک افسانه معروف است. چشم غیر مسلح انسان نسبت به پلاریزاسیون بدون نیاز به صافی‌های رابط از حساسیت ضعیفی برخوردار است. نور پلاریزه شده یک نمونه کم رنگی نزدیک به مرکز میدان بینایی ایجاد می‌کند کهhsurb s´regnidiaH نامیده می‌شود.
زمین شناسی
Photomicrograph of a آتشفشان ماسه; upper picture is plane-polarized light, bottom picture is cross-polarized light, scale box at left-center is 0.25 میلی‌متر.

فتومیکروگراف در یک شن‌های زیر آتش فشانی در تصویر یک نور پلاریزه شده صفحه‌ای است و تصویر قسمت پایین یک نور متقاطع پلاریزه شده‌است و مقیاس در قسمت وسط دست چپ ۰٫۲۵میلی متر است. خاصیت انکسار مضاعف خطی در مواد کریستال پخش می‌شود و به راستی در کشف اولیه پلاریزاسیون مؤثر بودند. در معدن شناسی این خاصیت با استفاده از میکروسکوپ‌های پلاریزه شده قطبی برای شناسایی مواد معدنی بکار برده می‌شود. برای اطلاعات بیشتر به معدن شناسی اپتیکال مراجعه کنید.
شیمی

پلاریزاسیون در شیمی به علت دورنگی دایره‌ای و چرخش اپتیکال که به وسیله مولکول‌های فعال نمایش داده می‌شوند، مهم است آن با استفاده از قطبش سنجی اندازه گیری می‌شود. عبارت پلاریزاسیون (قطبی شدگی) به اثر القایی یا موجی در یک گروه عامل در خواص الکترونیکی (گشتاور دو قطبی) در یک پیوند کوالانسی یا اتم گفته می‌شود. این مفهوم بر اساس تشکیل یک گشتاور الکتریکی در داخل یک مولکول است که معمولاًبا پلاریزاسیون امواج الکترومغناطیسی مرتبط نیست. نور پلاریزه شده با مواد ناهمسانگرد که اساس انکسار مضاعف است رابطه‌ای ندارد. این معمولاًدر مواد کریستالی دیده می‌شود و در زمین شناسی مفید هستند. نور پلاریزه شده یک انکسار دوبل است. چون شاخص انکسار برای نور پلاریزه شده افقی و عمودی در این مواد متفاوت است، گفته می‌شود توانایی قطبی شدن در مواد ناهمسانگرد در تمام جهت‌ها با هم برابر نیست. این ناهمسانگردی باعث بوجود آمدن تغییراتی در پلاریزاسیون پرتوهای فرعی می‌شود و به آسانی با استفاده از ذره بینی (میکروسکوپی) یا قطبش سنجی قطب‌های متقابل قابل رؤیت است. چرخش اپتیکال در مؤلفه‌های کایرال از انکسار مضاعف دایره‌ای مشتق می‌شود. انکسار مضاعف دایره‌ای همانند انکسار مضاعف خطی که در بالا توضیح داده شدیک انکسار دوبل در نور پلاریزه شده دایره‌ای است.
ستاره شناسی

در بسیاری از حوزه‌های ستاره شناسی، تحقیق درباره انعکاس الکترومغناطیسی پلاریزه شده از فضای خارجی از اهمیت خاصی برخوردار است. اگر چه معمولاً یک عامل در انعکاس گرمایی در ستارگان وجود ندارد ولی پلاریزاسیون در انعکاس از منابع همدوسی نجومی و منابع ناهمدوس مثل قطعات رادیویی بزرگ در کهکشان‌های فعال و انعکاس رادیویی بالسار وجود دارد. و پراکندگی پلاریزاسیون میدان مغناطیسی بین ستاره‌ای را از طریق چرخش فارادی ردیابی می‌کند. پلاریزاسیون در زمینه میکروویوهای کیهانی برای تحقیق درباره فیزیک در جهان خیلی قدیم به کار می‌رود. انعکاس سینکروترون پلاریزه می‌شود.
فیلم های۳ بعدی

پلاریزاسیون هم چنین برای بعضی از فیلم‌های سه بعدی به کار برده می‌شود که در آن‌ها تصاویری که هر کدام برای یکی از چشمها است یا توسط دو پروژکتور مختلف با صافی‌های پلاریزه در راستای قائم پخش می‌شود یا از روش معمول یک پروژکتور با پلاریزاسیون مالتیپلکس زمانی (به طور متناوب و سریع قطبش را تغییر می‌دهد). در این میان عینک‌های سه بعدی پلاریزه شده که هر چشم آن قطبش مخصوص آن چشم را از منبع پخش تصویر عبور می‌دهد نهایتاً این امکان را به وجود می‌آورد که هر چشم فقط یک تصویر را دریافت کند. در فدیم صفحه‌های استریوسکوپیک از قطبش خطی استفاده می‌کردند چون هم ارزان و هم روش خوبی برای جداسازی [پرتو] بودند. پلاریزاسیون دایره‌ای باعث می‌شود که جدایی چشم راست و چپ از هم نسبت به راستای نگاه غیر حساس یا بی تفاوت شود؛ پلاریزاسیون چرخشی در نمایش فیلمهای معمول امروزی به کار گرفته می‌شود مانند سامانهٔ ساخت RealD. [تصویر] سه بعدی پلاریزه شده فقط در صفحه‌هایی قابل نمایش است که پلاریزاسیون را حفظ می‌کنند (مثل صفحه‌های نقره‌ای [از جنس نقره])؛ صفحه‌های معمولی باعث قطبش زدایی یا دیپلاریزاسیون می‌شوند و جلوه تصویر سه بعدی را از بین می‌برد.
کاربردهای آن در رادارو ارتباطات

تمام انتقال‌های رادیویی و آنتن‌های دریافت پلاریزه می‌شود. مخصوصا وقتی که در یک رادار اکثر آنتن‌ها پلاریزاسیون دایره‌ای عمودی یا افقی را منعکس می‌کند. اگر چه پلاریزاسیون بیضی همیشه وجود دارد. میدان الکتریکی یا صفحه شکل، پلاریزاسیون یا چرخش موج رادیویی را نشان می‌دهد. پلاریزاسیون عمودی غالباً زمانی بکار می‌رود که یک سیگنال رادیویی در تمام جهات مثل واحدهای متحرک توزیع شده منعکس می‌شود. رادیوییM FوMAاز پلاریزاسیون عمودی استفاده می‌کنند در حالیکه تلویزیون از پلاریزاسیون افقی استفاده می‌کند. پلاریزاسیون عمودی یا افقی انتخابی در ارتباط ماهواره به کار می‌رود. به ماهواره این امکان را می‌دهد تا دو ارسال مجزا در یک فرکانس مشخص عمل کند و بنابراین تعداد مشتری‌ها را در یک ماهواره دو برابر می‌کند. وسایل انکسار مضاعف کنترل شده از نظر الکترونیکی را در ترکیب با صافی‌های پلاریزه به عنوان واسطه‌هایی در فیبرهای نوری به کار می‌برند.
زاویه بروستر
An illustration of the polarization of light that is incident on an interface at Brewster's angle.

این زاویه (همچنین به عنوان زاویهٔ قطبش شناخته می‌شود)، زاویه تابشی هر نوری با قطبش خاص می‌باشد که به طور کامل بدون هیچ بازتابی از سطح شفاف دی الکتریک عبور می‌کند. وقتی نور غیر قطبیده در این زاویه تابیده می‌شود، نور بازتابی از سطح به طور کامل قطبیده می‌شود. این زاویه خاص تابشی بعدها توسط فیزیکدان اسکاتلندی، دیوید بروستر نامگذاری شد. (۱۸۶۸-۱۷۸۱)
تعریف

وقتی نور وارد مرز بین دو ماه با ضریب شکست متفاوت می شود ، همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است ، قسمتی از آن معمولاً بازتاب می شود. آن بخشی که بازتاب می شود ، توسط معادلات فرنل توصیف می شود و به قطبش نور ورودی و زاویه تابش بستگی دارد.

معادلات فرنل پیش بینی می کند که نور با قطبش p(میدان الکتریکی در همان صفحه ی پرتو تابشی و سطح نرمال قطبیده می شود ) بازتابیده نخواهد شد اگر زاویه ی تابش برابر باشد با :

    \theta_\mathrm B = \arctan \left( \frac{n_2}{n_1} \right),

که n1 ضریب شکست ماده ی اولیه که نور از داخل آن منتشر می شود، می باشد و n2 ضریب شکست ماده دیگر می باشد. این معادلات به عنوان قانون بروستر شناخته می شود و زاویه تعریف شده توسط آن زاویه بروستر می باشد.

مکانیزم فیزیکی برای این معادله می تواند به صورت کیفی از روشی فهمیده شود که در آن دو قطبی الکتریکی در این ماده با نور قطبش p واکنش می دهد. اولاً می توان تصور کرد که نور تابشی روی روی سطح جذب می شود و سپس توسط نوسان دو قطبی الکتریکی بین دو ماده دوباره تابش می کند.

قطبش آزاد نور منتشر شده همیشه عمود بر جهتی است که نور در آن حرکت می کند. دو قطبی نیز یک نور عبوری ( بازتابی ) تولید می کند که در جهت قطبش نور نوسان می کند. این نوسانات دو قطبی همچنین یک نور بازتابی تولید می کند. اگرچه دو قطبی ها هیچ انرژی را در جهت گشتاور دو قطبی تابش نمی‌کنند. در نتیجه اگر جهت شکست عمود بر جهت نور باشد ، دو قطبی نمی‌تواند هیچ نوری را ایجاد کند. با یک هندسه ساده این شرط می تواند بیان کند که :

                                                                      : \theta_1 + \theta_2 = 90^\circ,

وقتی که θ1 زاویه تابش و θ2 زاویه شکست می باشد.

با استفاده از قانون اسنل داریم :

                                                     :n_1 \sin \left( \theta_1 \right) =n_2 \sin \left( \theta_2 \right),

زاویه تابش θ1 = θB رادر حالتی که هیچ بازتابی نداریم ، محاسبه می کنیم :

                                 :n_1 \sin \left( \theta_\mathrm B \right) =n_2 \sin \left( 90^\circ - \theta_\mathrm B \right)=n_2 \cos \left( \theta_\mathrm B \right).

که حل برای θB به ما می دهد:

                                                      :\theta_\mathrm B = \arctan \left( \frac{n_2}{n_1} \right) .

برای یک ماده شیشه ای (n2 ≈ 1.5)که در هوا قرار دارد(n1 ≈ 1)،زاویه بروستر

برای نور مریی تقریباً 56 درجه و برای یک سطح رابط آب-هوا(n2 ≈ 1.33), تقریباً برابر با 53 درجه است.

چون ضریب شکست برای یک ماده ی معین با طول موج نور تغییر می کند و به آن بستگی دارد ، زاویه ی بروستر با طول موج تغییر خواهد کرد.

پدیده قطبش نور توسط بازتاب از سطح در یک زاویه ی خاص برای اولین بار توسطEtiennEtienne-Louis در سال 1808 مشاهده شد. او تلاش کرد که زاویه قطبش را با ضریب شکست ماده مرتبط کند ، اما به دلیل کیفیت بد شیشه های موجود در آن زمان ناامید شد. در سال 1815 بروستر به صورت تجربی با مواد با کیفیت تر نشان داد که این زاویه تابعی از ضریب شکست می باشد که به قانون بروستر معروف شد.

زاویه ی بروستر اغلب به زاویه ی قطبش نسبت داده می شود ، چون نوری که در این زاویه از سطح بازتاب می شود،

به طور کامل در جهت عمود بر صفحه ی تابش ( قطبش s ) قرار دارد.

یک سطح شیشه ای یا تعداد زیادی از سطوحی که در زاویه ی بروستر قرار داده شده‌اند ، می توانند به عنوان قطبش گر مورد استفاده قرار گیرند. مفهوم زاویه ی قطبش می تواند به عنوان مفهوم عدد موج بروستر برای پوشش دادن سطح تخت بین دو ماده ی ناهمسانگرد دوگانه (bianisotropic) عمومیت پیدا کند.
کاربردها

عینک های آفتابی قطبیده شده از قانون بروستر برای کاهش تشعشع ناشی از بازتاب خورشید روی سطوح آب یا جاده استفاده می کنند. در یک محدوده ی بزرگ از زاویه های اطراف زاویه ی بروستر بازتاب قطبش p نور کمتر از قطبش s می باشد.بنابراین اگر خورشید در آسمان پایین باشد ، نور بازتابی اکثراً دارای قطبش s می باشد. عینک های قطبشی از مواد قطبشی مانند : ورقه های پلاروید برای مسدود کردن قطبش افقی نور استفاده می کنند که ترجیحاً بازتاب های سطوح افقی را مسدود می کند. این اثر برای سطوح صاف مثل آب بسیار قوی است ، اما برای بازتاب از جاده ها و سطح زمین کاهش می یابد. عکاس ها از بعضی اصول از بین بردن بازتاب ها از آب استفاده می کنند تا بتوانند از اجسام زیر سطح آب عکس بگیرند.
Photograph taken of a window with a camera polarizer filter rotated to two different angles. In the picture at left, the polarizer is aligned with the polarization angle of the window reflection. In the picture at right, the polarizer has been rotated 90° eliminating the heavily polarized reflected sunlight.
پنجره بروستر
A Brewster window

لیزرهای گازی معمولاً از یک پنجره ی شیب دار در زاویه ی بروستر استفاده می کنند که اجازه می دهد پرتو،لوله لیزر را ترک کند. چون پنچره مقداری از نور با قطبش s را بازتاب می کند،اما نور با قطبش p را بازتاب نمی‌کند،بهره برای قطبش s کاهش می یابد اما هیچ تاثیری بر روی قطبش p ندارد.به این دلیل خروجی لیزر دارای قطبش p می باشد و اجازه می دهد لیزر بدون هیچ اتلافی تولید شود.
منابع

متن ویکی‌پدیا
پیوند به بیرون

--- رده‌بندی --->


علوم پایه

تغییر شکل(انبساط)در شیشه‌های (عینک‌های)پلاستیکی

در مهندسی رابطه بین انبساط و انکسار مضاعف کاربرد پلاریزاسیون را در تشخیص توزیع استرس و تغییر شکل در نمونه‌های اولیه تحریک می‌کند.
Strain in plastic glasses
دریا نوردی(کشتیرانی)

از پلاریزاسیون آسمان در قطب نمای آسمانی استفاده می‌شود که این کار در سال ۱۹۵۰در زمانیکه دریانوردی در نزدیک قطب‌های میدان مغناطیسی زمین در زمانیکه اصلاًخورشید یا ستارگان دیده نمی‌شدند، صورت گرفت. پیشنهاد شده‌است که وایکینگ‌ها یک وسیله مشابهی را در سفر طولانی مدتشان به قطب شمال در قرن‌ها ی نهم تا یازدهم قبل از رسیدن به قطب مغناطیسی در اروپا در قرن بیستم به کار بردند. قطب آسمان یک ساعت قطبی است که توسط «ویت استون»در اواخر قرن نوزدهم کشف شد.
عکاسی
A polarizer filters out the polarized component of light from the sky in a color photograph, increasing contrast with the clouds (right).

در عکاسی صافی‌های قطبی به کار می‌روند و اغلب برای بهبود کیفیت ظهور به کار می‌روند. فیلترهای قطبی کننده خارج از مؤلفه پلاریزه شده در نور آسمان در یک عکس رنگی تضاد بین سایه‌ها را افزایش می‌دهد.

قطبش

قطبش یا پولاریزاسیون ممکن است به یکی از موارد زیر اشاره داشته باشد:
در علوم فیزیکی

    قطبش (موج‌ها)، یکی از ویژگی‌های امواجی که می‌توانند در بیش از یک جهت نوسان داشته باشند
    قطبیت‌پذیری، یکی از خواص اتم‌ها و مولکول‌ها
    قطبش (خوردگی)، تغییر در پتناسیل تعادل یک واکنش الکتروشیمیایی
    قطبش در دی‌الکتریک‌ها، جدایی بارهای الکتریکی در مواد عایق
    چگالی قطبش ‏(en)‏، یک میدان برداری برای توصیف گشتاور دو قطبی الکتریکی ماندگار در دی‌الکتریک

در علوم اجتماعی

    قطبیدگی (سیاست)، فرآیندی که در آن نظرات عموم از هم جدا می‌شود و به حدود نهایی خود می‌رسد

منشور

مَنشور یا شوشه، جسمی است از جنس بلور یا جنسی دیگر که نور پس از عبور از آن تجزیه می‌شود. از نگاهی دیگر، منشور محیط شفافی است که به دو سطح صاف و شفاف غیر موازی ختم می‌گردد که از یک طرف همدیگر را قطع نموده، تشکیل رأس منشور را می‌دهند و در طرف دیگر قاعدهٔ منشور را می‌سازند. منشور از اصطلاحات معروف هندسه است.

محتویات

    ۱ ماهیت منشور
    ۲ مفهوم فیزیکی
    ۳ ساختار کلی
    ۴ انواع منشور
    ۵ جستارهای وابسته
    ۶ منابع

ماهیت منشور

نوری که از شیشه منشور می‌گذرد، به لحاظ بستگی ضریب شکست به طول موج و یا پاشندگی مواد، به رنگهای تشکیل دهنده آن تجزیه می‌شود (تجزیه نور سفید). مثلاً نور سفید به طیف وسیع هفت رنگ خود تجزیه می‌گردد. مزیت منشور بر مجموعه چند آینه این است که منشورها پس از تعبیه شدن در سیستم، سمتگیری طراحی شده را حفظ می‌کنند و نیازی به تنظیم در دستگاه نهایی را ندارند. به غیر از اینکه خود منشور به عنوان یک مجموعه کل تنظیم شده باشد.
مفهوم فیزیکی

محیط شفافی است که بین دو سطح متقاطع قرار گرفته است. غالباً منشور را به شکل منشور مثلث القاعده می‌سازند. معمولاً برای نور مرئی از منشورهای شیشه‌ای و برای پرتو فرابنفش و فروسرخ از منشورهای دُر کوهی استفاده می‌کنند. در زوایای تابشی بزرگتر از زاویه بحرانی بر خلاف انتظار زاویه شکست بیشتر از ۹۰ درجه می‌شود. یعنی نور اجازه ورود به محیط دوم را ندارد این پدیده به وسیله محاسبات فیزیکی، توجیحات فیزیکی و نیز آزمایش‌های عملی بررسی شده است. بنابراین از این پدیده در سایر ناحیه‌های طول موجی امواج الکترومغناطیسی نیز استفاده‌های وسیعی می‌شود.[نیازمند منبع]
ساختار کلی

از آنجا که کلیه منشورها جهت بازتابیدگی به لایه‌های مواد فلزی و دی‌الکتریک‌ها در سطح خود لازم ندارند، برعکس، آینه‌ها وقتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، کارآیی آنها تقریباً بدون اتلاف تابش است. و تنها اتلاف ناشی از ناخالصی و ناهمواری‌های سطح منشور و بازتابش‌های فرنل مربوط می‌شود که ناچیزند. آنچه مهم است تنظیم دائمی سطوح بازتابنده و بازتابش داخلی کلی است، استفاده از این منشورها در بیشتر دستگاه‌های نوری توصیه می‌شود.
انواع منشور

    منشور نیکول: منشوری که برای تهیه نور قطبیده مسطح و در مواردی از این قبیل به کار می‌رود. اگر این منشور از دُر کوهی ساخته شده باشد برای آزمایش تابش‌های فرابنفش استعمال می‌شود.
    منشور ولاستون: منشوری است که برای تولید نور «قطبیده» صفحه «قطبش» به کار می‌رود. این منشور معمولاً از دُر کوهی ساخته می‌شود و نظیر منشور نیکل هنگام کار با تابش فرابنفش می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

نور

نور مرئی (که معمولاً بطور خلاصه نور گویند) تابش الکترومغناطیسی است که به چشم انسان و دیگر موجودات مرئی و مسئول حس بینایی است. نور مرئی با طول موجی از حدود ۳۸۰ تا حدود ۷۴۰ نانومترجای دارد. محدوده نور مرئی بین دو نور نامرئی مادون قرمز، که در طول موج‌های بلندتر و نور نامرئی ماوراء بنفش، که در طول موج‌های کوتاه تر یافت می‌شود قرار دارد. به نور در فارسی پرتو هم می‌گویند.

پرتو Parto دارای تعریف دقیقی نیست، جسم شناخته شده یا مدل مشخص که شبیه آن باشد وجود ندارد. ولی لازم نیست فهم هر چیز بر شباهت مبتنی باشد. نظریه الکترومغناطیسی و نظریه کوانتومی با هم ایجاد یک نظریه نامتناقض و بدون ابهام می‌کنند که تمام پدیده‌های نوری را توجیه می‌کنند.

نظریه ماکسول درباره انتشار نور بحث می‌کند در حالیکه نظریه کوانتومی برهم کنش نور و ماده یا جذب و نشر آن را شرح می‌دهد که از آمیختن این دو نظریه، نظریه جامعی که الکترودینامیک کوانتومی نام دارد، شکل می‌گیرد. چون نظریه‌های الکترو مغناطیسی و کوانتومی علاوه بر پدیده‌های مربوط به تابش بسیاری از پدیده‌های دیگر را نیز تشریح می‌کنند منصفانه می‌توان فرض کرد که مشاهدات تجربی امروز را لااقل در قالب ریاضی جوابگو است. سرشت نور کاملاً شناخته شده‌است اما باز هم این پرسش هست که واقعیت نور چیست.

نور از فتون ساخته شده است.
محتویات

    ۱ سرعت نور
    ۲ گستره طول موجی نور
    ۳ ماهیت‌های متفاوت نور
        ۳.۱ ماهیت ذره‌ای
        ۳.۲ ماهیت موجی
        ۳.۳ ماهیت الکترومغناطیس
        ۳.۴ ماهیت کوانتومی نور
    ۴ نظریه مکملی
    ۵ پرتوهای دیگر
    ۶ رنگ‌های نور
    ۷ جستارهای وابسته
    ۸ منابع
    ۹ پیوند به بیرون

سرعت نور
شکست نور
پرتوهای خورشید
منابع نور در شب
نوشتار اصلی: سرعت نور

سرعت نور در خلاء دقیقا برابر است با ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه (تقریبا ۱۸۶٬۲۸۲ مایل بر ثانیه). چون هم اکنون در دستگاه SI از یکای متر استفاده می‌شود، سرعت دقیق نور نیز با یکای متر تعریف شد.

در گذشته، فیزیکدان‌های بسیاری تلاش کردند تا سرعت نور را بدست آورند که از میان آنان می‌توان به گالیله اشاره کرد که در قرن ۱۷ میلادی تلاش کرد تا سرعت نور را بدست آورد. همچنین اوله رومر، فیزیکدان دانمارکی در سال ۱۶۷۶ آزمایشی طراحی کرد تا با کمک یک تلسکوپ بتواند سرعت نور را اندازه بگیرد. وی گردش مشتری و یکی از ماه‌های آن آیو، را زیر نظر گرفت. او محاسبه کرد که ۲۲ دقیقه طول می‌کشد تا نور قطر مدار زمین را بپیماید.[۱] شور بختانه در آن زمان داده‌ها کافی نبود؛ اگر رومه قطر مدار زمین را داشت، سرعتی که برای نور می‌توانست بدست آورد ۲۲۷٬۰۰۰٬۰۰۰ متر بر ثانیه بود.

اندازه‌گیری دقیق‌تری که برای بدست آوردن سرعت نور انجام شد در سال ۱۸۴۹ از سوی هیپولیت فیزو (به فرانسوی: Hippolyte Fizeau) بود. او پرتوهایی از نور را به سمت آینه‌ای که کیلومترها دورتر بود هدایت کرد. یک چرخ‌دندهٔ در حال گردش نیز در مسیر نور در فاصلهٔ میان منبع تا آینه و مسیر برگشت تا نقطهٔ مبدا قرار داد. او دریافت که با یک نرخ مشخص گردش، نور می‌تواند در مسیر رفت از میان یکی از فضاهای خالی روی چرخ رد شود و در برگشت از فضای خالی بعدی (سوراخ‌های متوالی) عبور کند. با داشتن فاصلهٔ آینه، تعداد دندانه‌های چرخ و نرخ گردش آن، او توانست سرعت نور را ۳۱۳٬۰۰۰٬۰۰۰ متر بر ثانیه بدست آورد.

در ۱۸۶۲ لئون فوکولت (Léon Foucault) با استفاده از آینه‌های در حال چرخش سرعت نور را ۲۹۸٬۰۰۰٬۰۰۰ m/s بدست آورد. آلبرت آبراهام مایکلسون از ۱۸۷۷ تا زمان مرگش ۱۹۳۱ آزمایش‌های بسیاری را برای بدست آوردن سرعت نور طراحی کرد. او بر روی آزمایش‌های فوکولت بیشتر کار کرد و روش آینه‌های در گردش را پیش بُرد و تلاش کرد مدتی را که طول می‌کشد تا نور مسیر رفت و برگشت میان کوه ویلسون تا کوه سن آنتونیو در کالیفرنیا را بپیماید بدست آورد. مقدار دقیق سرعت نور ۲۹۹٬۷۹۶٬۰۰۰ متر بر ثانیه است.
گستره طول موجی نور

نور گستره طول موجی وسیعی دارد. ناحیه نور مرئی از حدود ۴۰۰ نانومتر (آبی) تا ۷۰۰ نانومتر (قرمز) است که در وسط آن طول موج ۵۵۵ نانومتر (نور زرد) که چشم انسان بیشترین حساسیت را نسبت به آن دارد یک ناحیه پیوسته که ناحیه مرئی را در بر می‌گیرد و تا فروسرخ دور گسترش می‌یابد. خواص نور و نحوه تولید سرعت نور در محیط‌های مختلف متفاوت است که بیشترین آن در خلاء و یا بطور تقریبی در هوا است در داخل ماده به پارامترهای متفاوتی بر حسب حالت و خواص الکترومغناطیسی ماده وابسته‌است. به‌وسیله کاواک جسم سیاه می‌توان تمام ناحیه طول موجی نور را تولید نمود. در طبیعت در طول موج‌های مختلف مشاهده شده امّا مشهورترین آن نور سفید است که یک نور مرکبی از سایر طول موج هاست. تک طول موج‌ها آن را به‌وسیله لامپ‌های تخلیه الکتریکی که معرف طیف‌های اتمی موادی هستند که داخلشان تعبیه شده می‌توان تولید کرد.
ماهیت‌های متفاوت نور
ماهیت ذره‌ای

ایزاک نیوتن در کتاب خود در رساله‌ای درباره نور نوشت: پرتوهای نور ذرات کوچکی هستند که از یک جسم نورانی نشر می‌شوند. احتمالاً نیوتن نور را به این دلیل بصورت ذره در نظر گرفت که در محیط‌های همگن به نظر می‌رسد در امتداد خط مستقیم منتشر می‌شوند که این امر را قانون می‌نامند و یکی از مثالهای خوب برای توضیح آن بوجود آمدن سایه است. برخی دیگر از دانشمندان نیز اظهار داشته‌اند که نوز از ذرات در ارتعاش شدید تشکیل یافته‌است.[۲] نیوتن معتقد بود نور از درون واسطه‌ای به نام اتر گذر می‌کند که غیر مادّی است و دیده نمی‌شود. بر اساس نظریه اتر، فضا آکنده است از این واسطه. هم اکنون این نظریه باطل شده است و معتبر نمی‌باشد.
ماهیت موجی

هم‌زمان با نیوتن، کریستیان هویگنس (۱۶۹۵-۱۶۲۹ میلادی) طرفدار توضیح دیگری بود که در آن حرکت نور به صورت موجی است و از چشمه‌های نوری به تمام جهات پخش می‌شود. ویگنس با به کار بردن امواج اصلی و موجک‌های ثانوی، قوانین بازتاب و شکست را تشریح کرد.

حقایق دیگری که با تصور موجی بودن نور توجیه می‌شوند پدیده‌های تداخلی‌اند، مانند به وجود آمدن فریزهای روشن و تاریک در اثر بازتاب نور از لایه‌های نازک و یا پراش نور در اطراف مانع (توضیح بیشتر در آزمایش دوشکاف).
ماهیت الکترومغناطیس

بیشتر به خاطر نبوغ جیمز کلارک ماکسول (۱۸۷۹-۱۸۳۱) است که ما امروزه می‌دانیم نور نوعی انرژی الکترومغناطیسی است که معمولاً به عنوان امواج الکترومغناطیسی توصیف می‌شود. گسترده کامل امواج الکتروو مغناطیسی شامل: موج رادیویی، تابش فروسرخ نور مرئی از قرمز تا بنفش، تابش فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما می‌باشد.
ماهیت کوانتومی نور

طبق نظریه مکانیک کوانتومی نور، که در دو دهه اول سده بیستم به وسیله پلانک و آلبرت انیشتین و بور برای اولین بار پیشنهاد شد، انرژی الکترو مغناطیسی کوانتیده است، یعنی جذب یا نشر انرژی میدان الکترو مغناطیسی به مقدارهای گسسته‌ای به نام «فوتون» انجام می‌گیرد. E=hν که در آن ν بسامد وEانرژی است
نظریه مکملی

نظریه جدید نور شامل اصولی از تعاریف نیوتون و هویگنس است. بنابرین گفته می‌شود که نور خاصیت دوگانه‌ای دارد بر خی از پدیده‌ها مثل تداخل و پراش خاصیت موجی آن را نشان می‌دهد و برخی دیکر مانند پدیده فتوالکتریک، پدیده کامپتون و ... با خاصیت ذره‌ای نور قابل توضیح هستند.
پرتوهای دیگر

فروسرخ:پرتو فروسرخ یا مادون قرمز تابشی است الکترومغناطیسی با طول موجی طولانی تر از نور مرئی اما کوتاهتر از تابش ریزموج. از آنجا که سرخ، رنگ نور مرئی با درازترین طول موج را تشکیل می‌دهد به این پرتو، فروسرخ یعنی پایین‌تر از سرخ می‌گویند. تابش فروسرخ طول موجی میان ۷۰۰ nm و ۱ mm دارد. گاما:با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی است، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولاً اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می‌گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد. فروپاشی گاما در فروپاشی گاما، هنگامی که یک هسته تحت گذارهایی از حالات برانگیخته بالاتر به حالات برانگیخته پایین‌تر یا حالت پایه آن می‌رود، تشعشع الکترومغناطیسی منتشر می‌گردد. معادله عمومی فروپاشی گاما بصورت زیر است:

AZX*---->AZX + γ

که در آنX و X* به ترتیب نشان دهنده حالت پایه (غیر برانگیخته) و حالت با انرژی بالاتر است. قابل ذکر است که این فروپاشی با هیچ گونه تغییر در عدد جرمی (A) و عدد اتمی (Z) همراه نیست.

حالت برانگیخته هسته و حالت با انرژی پایین حاصل شده در اثر نشر پرتو گاما، فقط زمانی به عنوان ایزومر هسته‌ای در نظر گرفته می‌شود که نیمه عمر حالت برانگیخته به اندازه‌ای طولانی باشد که بتوان آن را به سادگی اندازه‌گیری نمود. زمانی که این حالت وجود داشته باشد، فروپاشی گاما به عنوان یک گذار ایزومری توصیف می‌گردد. اصطلاحات حالت نیمه پایدار یا حالت برانگیخته برای توصیف گونه‌ها در حالات انرژی بالاتر از حالت پایه نیز به کار می‌رود.

حالتهای فروپاشی گاما نشر اشعه گامای خالص: در این حالت فروپاشی گاما، اشعه گامای منتشر شده به‌وسیله یک هسته از یک فرایند فروپاشی گاما برای کلیه گذارها بین ترازهای انرژی که محدوده انرژی آن معمولاً از ۲ کیلو الکترون ولت تا ۷ میلیون الکترون ولت است، تک انرژی است. این انرژیهای گذارها بین حالت کوانتومی هسته بسیار نزدیک هستند. مقدار کمی از انرژی پس زنی هسته با هسته دختر (هسته نهایی) همراه است، ولی این انرژی معمولاً نسبت به انرژی اشعه گاما بسیار کوچک بوده و می‌توان از آن صرفنظر کرد.

حالت فروپاشی بصورت تبدیل داخلی: در این حالت فروپاشی، هسته برانگیخته با انتقال انرژی خود به یک الکترون اربیتال برانگیخته می‌گردد، که سپس آن الکترون از اتم دفع می‌شود. اشعه گاما منتشر نمی‌شود. بلکه محصولات این فروپاشی هسته در حالت انرژی پایین یا پایه، الکترونهای اوژه، اشعه ایکس و الکترونهای تبدیل داخلی است. الکترونهای تبدیل داخلی تک انرژی هستند. انرژی آنها معادل انرژی گذار ترازهای هسته‌ای درگیر منهای انرژی پیوندی الکترون اتمی است.

با توجه به اینکه فروپاشی تبدیل داخلی منجر به ایجاد یک محل خالی در اربیتال اتمی می‌شود، در نتیجه فرآیندهای نشر اشعه ایکس و نشر الکترون اوژه نیز رخ خواهد داد.

حالت فروپاشی بصورت جفت: برای گذارهای هسته‌ای با انرژی‌های بزرگ‌تر از ۱٫۰۲ میلیون الکترون ولت تولید جفت اگر چه غیر معمول است اما یک حالت فروپاشی محسوب می‌شود. در این فرایند، انرژی گذرا ابتدا برای بوجود آمدن یک جفت الکترون – پوزیترون و سپس برای دفع آنها از هسته بکار می‌رود.

انرژی جنبشی کل داده شده به جفت معادل اختلاف بین انرژی گذار و ۱٫۰۲ میلیون الکترون ولت مورد نیاز برای تولید جفت است. پوزیترون تولید شده در این فرایند نابود خواهد شد.
رنگ‌های نور

نور در اصل از هزاران رنگ تشکیل شده است که هفت رنگ اصلی دارد:قرمز، نارنجی، زرد سبز، ابی، نیلی، بنفش. رنگ‌های زرد، قرمز، نارنجی حامل انرژی گرمایی هستند وایزاک نیوتن این موضوع را با عبور دادن نور از منشور فهمید۰او در شیشهٔ اتاق آش سوراخی إیجاد کرد و منشور را با فاصلهٔ یک متری از شیشه قرار داد در نتیجه هفت رنگ نور با فاصلهٔ یک متر از یکدیگر پراکنده شدند وسپس ذره بین را در مقابل هر رنگ قرار داد تا متوجه شود که گرمای نور از کجا إیجاد می‌شود