Спектр - что такое? Его определение и применение

Статья раскрывает понятие «спектр»: что такое, каких бывает видов, где применяется. Описываются видимый и недоступный человеческому глазу диапазоны электромагнитных колебаний. Показаны области жизни, которые развиваются благодаря науке о спектрах – спектроскопии.

Видео: Математика без Ху%!ни. Исследование функции, график. Первая, вторая производная, асимптоты.

Видимый человеку мир

Видео: Анализатор спектра. Что это такое? Как его использовать?

Человеческий глаз – чудо природы, вершина эволюции. Все виды живых существ воспринимают мир по-своему. Нам же досталась роль зрителей. Психологи утверждают, что до девяноста процентов информации наш мозг воспринимает через цвета и оттенки. Так как зрение настолько важно, стоит ответить на вопрос: "Спектр – что такое и какую роль играет в жизни человека?" Наверняка даже самые маленькие читатели слышали, простую считалочку про радугу: «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Первые буквы этого нехитрого выражения подсказывают порядок названий цветов. Таким образом, большинству людей доступны цвета с красного по фиолетовый. Все, что воспринимает человеческий глаз, является сочетанием и освещением этих оттенков. Однако мы видим не все части спектра. Нам доступен только видимый диапазон. Он так называется именно потому, что глаза нашего вида, homo sapiens, его воспринимают. Примечательно, что некоторые люди видят немного больше – например, в ближней инфракрасной или ультрафиолетовой области. Говорят, что первое чаще доступно женщинам, а второе – мужчинам.

Понятие спектра

Итак, распределение значения некоторой величины - спектр. Что такое это понятие, сейчас разберемся. Допустим, из магазина человек приносит много продуктов. Самый легкий из них – куриное яйцо, самый тяжелый – тушка курицы. Спектр масс принесенных покупок лежит между этими двумя пределами. И если мы взвесим каждый продукт по отдельности и составим таблицу, сколько и какой массы находится в сумке, мы получим полный спектр масс.

Электромагнитный спектр

Видео: Анна Гак: синхрология, квадрат Пифагора, 5 часть

Но чаще всего имеется в виду другой аспект понятия «спектр». Что такое подразумевается под этим, раскроем ниже. Нашим миром правят электромагнитные волны. Об их природе можно говорить часами, однако не будем отвлекаться. Напомним только то, что они порождаются движущимися заряженными частицами. Шкала электромагнитных волн включает гораздо больше, чем спектр цветов, которые способны видеть наши глаза. Радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолет, рентген и уж тем более гамма-излучение – все это недоступно нашему непосредственному восприятию. Представьте, если бы человек был способен зафиксировать, «увидеть», например, вай-фай, или сигнал радио в машине, или температуру тела. Кажется невероятным, что это возможно. Мир был бы совсем другим, умей люди такое. Однако есть на нашей планете существа, которые воспринимают окружающее пространство именно так, например змеи или тараканы.

Виды спектра

Видео: Анна Гак: синхрология, квадрат Пифагора, 4 часть

Наверняка многие, прочитав предыдущий абзац, спросят себя: "Спектр – что такое? Неужели только электромагнитные волны?" Ответ прост: нет. То, о чем пойдет речь ниже, имеет некоторое отношение к статистике, но пусть читатель не пугается, ибо ничего сложного не предполагается. Итак, если есть любая величина, которая способна принимать некоторые дискретные значения в нижних и верхних пределах, то для нее возможен спектр. Что это может оказаться за величина, совершенно не важно. Она даже необязательно должна быть исчисляемой типа размера или объема. Это может показаться невероятным, но в повседневности подобное встречается на каждом шагу. Мама готовит хорошо сорок три блюда – это ее кулинарный спектр. Ребенок читает от двух до десяти книг в месяц – это спектр количества прочитанных книг. А вот все прочитанные печатные издания определяют спектр знаний человека. Папа пьет только вишневый и арбузный соки, и это его спектр напитков. Как можно увидеть, понятие применяется весьма широко. Даже если человек стоит перед прилавком с мороженым, то это – спектр его выбора. Не говоря о ежедневных вариантах действий, обусловленных личным опытом и моралью.

Виды оптического спектра

Говоря об электромагнитных волнах, мы затронули такое понятие, как спектр цветов. Однако все далеко не так просто. Обычный цвет предмета определяет, какой длины волны фотон отражается от его поверхности. Но любое твердое тело обладает, помимо внешних граней, еще и внутренней структурой, которая скрыта в его объеме. Именно спектры помогают ее определить. Но в данном случае колеблются не фотоны, а частицы самого вещества. И эти колебания, вернее их спектр, сообщает все о связях внутри структуры. Увидеть или каким-то образом зафиксировать такую информацию без специальных приборов невозможно.

Применение оптических спектров

Однако область применения этих спектров поистине безгранична. Существует отдельная отрасль физического знания, посвященная их изучению и применению. Биология, кристаллография, ядерная энергетика, освоение и изучение космоса не смогли бы достичь современного уровня, не будь у человечества замечательного способа исследовать мир – спектроскопии. Даже медицина знает примеры использования такого инструмента, как спектр. Определение химического состава крови и плазмы подскажет, каких именно элементов не хватает в организме. Можно многие заболевания выявлять на ранних стадиях. Особенно важно это для рака и рассеянного склероза.