سبكتروم (العلوم الفيزيائية)

في العلوم الفيزيائية ، يصف الطيف أي نطاق متصل من قيم التردد أو الطول الموجي . وقد أشار المصطلح في البداية إلى نطاق الألوان المرئية عند تشتت الضوء الأبيض عبر منشور ، وهو مصطلح أدخله إسحاق نيوتن إلى علم البصريات في القرن السابع عشر. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

توسّع المفهوم لاحقًا ليشمل موجات أخرى ، مثل الموجات الصوتية وموجات البحر التي تُظهر أيضًا مجموعة متنوعة من الترددات والأطوال الموجية (مثل طيف الضوضاء ، وطيف موجات البحر ). انطلاقًا من تحليل فورييه ، توسّع مفهوم الطيف ليشمل نظرية الإشارة ، حيث يمكن تمثيل الإشارة بيانيًا كدالة للتردد، ويمكن وضع المعلومات في نطاقات تردد محددة. حاليًا، يمكن تمثيل أي كمية تعتمد بشكل مباشر على متغير مستقل مستمر، وقابلة للقياس على طول نطاقه ، بيانيًا على طول نطاقه أو طيفه . ومن الأمثلة على ذلك نطاق طاقة الإلكترون في مطيافية الإلكترون ، أو نطاق نسبة الكتلة إلى الشحنة في مطيافية الكتلة .

يشير الطيف الكهرومغناطيسي إلى النطاق الكامل لجميع ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي ^{[ 3 ]} ، وكذلك إلى التوزيع المميز للإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث أو الممتص من قِبل جسم معين. تُسمى الأجهزة المستخدمة لقياس الطيف الكهرومغناطيسي بالمطياف أو جهاز قياس الطيف . الطيف المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي الذي يمكن للعين البشرية رؤيته . يتراوح طول موجة الضوء المرئي من 390 إلى 700  نانومتر ^{[ 4 ]} . طيف الامتصاص لعنصر كيميائي أو مركب كيميائي هو طيف ترددات أو أطوال موجات الإشعاع الساقط الذي يمتصه المركب نتيجة انتقال الإلكترونات من مستوى طاقة أدنى إلى مستوى طاقة أعلى. أما طيف الانبعاث فيشير إلى طيف الإشعاع المنبعث من المركب نتيجة انتقال الإلكترونات من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أدنى.

يحتوي الضوء المنبعث من مصادر متعددة على ألوان مختلفة، لكل منها سطوعه أو شدته الخاصة. يقوم قوس قزح، أو الموشور ، بتوزيع هذه الألوان المكونة في اتجاهات مختلفة، مما يجعلها مرئية بشكل فردي من زوايا مختلفة. يُمثل الرسم البياني لشدة الضوء مقابل تردده (موضحًا سطوع كل لون) طيف تردد الضوء. عندما تتساوى جميع الترددات المرئية، يكون لون الضوء المُدرك أبيض، ويكون الطيف خطًا مستقيمًا. لذلك، يُشار إلى الأطياف ذات الخط المستقيم عمومًا باسم " الأبيض" ، سواءً كانت تُمثل ضوءًا أو نوعًا آخر من الظواهر الموجية (كالصوت، على سبيل المثال، أو الاهتزاز في بنية ما).

في مجال الإذاعة والاتصالات، يمكن مشاركة طيف التردد بين العديد من محطات البث المختلفة. يُمثل طيف الراديو جزءًا من الطيف الكهرومغناطيسي الذي يتوافق مع الترددات الأقل من 300  جيجاهرتز، والتي تُقابل أطوال موجية أطول من حوالي 1  مليمتر. أما طيف الميكروويف فيتوافق مع الترددات بين 300  ميجاهرتز (0.3 جيجاهرتز ) و300 جيجاهرتز، والأطوال الموجية بين متر واحد ومليمتر واحد. ^{[ 5 ] [ 6 ]} تبث كل محطة إذاعية أو تلفزيونية موجةً على نطاق تردد مُحدد، يُسمى قناة . عند وجود العديد من محطات البث، يتكون طيف الراديو من مجموع جميع القنوات الفردية، حيث تحمل كل قناة معلومات منفصلة، ​​موزعة على نطاق تردد واسع. يستقبل أي جهاز استقبال راديو إشارةً واحدةً من حيث السعة (الجهد) مقابل الزمن. ثم يستخدم الراديو دائرة رنين أو موالفًا لاختيار قناة أو نطاق تردد واحد، وفك تشفير المعلومات من تلك المحطة. إذا قمنا بعمل رسم بياني لقوة كل قناة مقابل تردد الموالف، فسيكون ذلك هو طيف تردد إشارة الهوائي.  

في علم الأطياف الفلكية ، تكشف قوة وشكل وموقع خطوط الامتصاص والانبعاث، بالإضافة إلى التوزيع الطيفي العام للطاقة في الطيف المتصل، عن العديد من خصائص الأجرام السماوية. أما تصنيف النجوم فهو تصنيفها بناءً على أطيافها الكهرومغناطيسية المميزة. وتُستخدم كثافة التدفق الطيفي لتمثيل طيف مصدر ضوئي، كالنجم مثلاً.

في علم قياس الإشعاع وعلم الألوان (أو علم الألوان بشكل عام)، يُعدّ توزيع القدرة الطيفية (SPD) لمصدر ضوئي مقياسًا لقدرة كل تردد أو لون في ذلك المصدر. يُقاس طيف الضوء عادةً عند نقاط (غالبًا 31 نقطة) على طول الطيف المرئي ، في فضاء الطول الموجي بدلًا من فضاء التردد، مما يجعله ليس كثافة طيفية بالمعنى الدقيق. تستطيع بعض أجهزة قياس الطيف الضوئي قياس زيادات دقيقة تصل إلى نانومتر أو نانومترين ، بل وقد تم الإبلاغ عن أجهزة ذات دقة أعلى تصل إلى أقل من 0.5 نانومتر. ^{[ 7 ]} تُستخدم هذه القيم لحساب مواصفات أخرى، ثم تُرسم بيانيًا لإظهار الخصائص الطيفية للمصدر. وهذا يُفيد في تحليل خصائص لون مصدر معين.

يُطلق على رسم بياني يوضح وفرة الأيونات كدالة لنسبة الكتلة إلى الشحنة اسم طيف الكتلة. ويمكن إنتاجه باستخدام جهاز مطياف الكتلة . ^{[ 8 ]} يُستخدم طيف الكتلة لتحديد كمية وكتلة الذرات والجزيئات. ويُستخدم مطياف الكتلة الترادفي لتحديد التركيب الجزيئي.

في الفيزياء، يُعرف طيف طاقة الجسيم بأنه عدد الجسيمات أو شدة حزمة الجسيمات كدالة لطاقة الجسيم. ومن أمثلة التقنيات التي تُنتج طيف الطاقة: مطيافية جسيمات ألفا ، ومطيافية فقدان طاقة الإلكترون ، ومطيافية الطاقة الحركية للأيونات المُحللة كتليًا .

يمكن أيضًا وصف الإزاحات التذبذبية ، بما في ذلك الاهتزازات ، طيفيًا.

• للاطلاع على معلومات حول أمواج الماء ، انظر إلى طيف الموجات وطيف المد والجزر .
• يمكن أيضًا وصف الصوت والموجات الصوتية غير المسموعة من حيث كثافتها الطيفية، على سبيل المثال، جرس الصوت والصوتيات الموسيقية .

• 
  تصنيف طيف أمواج المحيط وفقًا لفترة الموجة ^{[ 9 ]}
• 
  طيف المد والجزر الذي تم قياسه في حصن بولاسكي في عام 2012. ^{[ 10 ]} تم حساب تحويل فورييه هذا باستخدام SourceForge ^{[ 11 ]}

في العلوم الفيزيائية ، يمكن تسمية طيف كمية فيزيائية (مثل الطاقة ) بأنه متصل إذا كان غير صفري على كامل نطاق الطيف (مثل التردد أو الطول الموجي ) أو منفصل إذا كان يأخذ قيمًا غير صفرية فقط في مجموعة منفصلة على المتغير المستقل ، مع وجود فجوات نطاقية بين أزواج النطاقات الطيفية أو الخطوط الطيفية . ^{[ 13 ]}

يُعدّ الطيف المتصل، الذي اشتُقّ منه الاسم، مثالًا كلاسيكيًا للطيف المتصل، وهو جزء من طيف الضوء المنبعث من ذرات الهيدروجين المُثارة ، والذي ينتج عن ارتباط الإلكترونات الحرة بأيون الهيدروجين وانبعاثها للفوتونات، التي تنتشر بسلاسة على نطاق واسع من الأطوال الموجية، على عكس الخطوط المنفصلة الناتجة عن انتقال الإلكترونات من حالة كمومية مُرتبطة إلى حالة طاقة أقل. وكما في ذلك المثال الكلاسيكي، يُستخدم المصطلح غالبًا عندما يكون لنطاق قيم كمية فيزيائية جزء متصل وآخر منفصل، سواء في الوقت نفسه أو في حالات مختلفة. في الأنظمة الكمومية ، ترتبط الأطياف المتصلة (كما في إشعاع الكبح والإشعاع الحراري ) عادةً بالجسيمات الحرة، مثل الذرات في الغاز، أو الإلكترونات في حزمة الإلكترونات ، أو إلكترونات نطاق التوصيل في المعدن . وعلى وجه الخصوص، يمتلك موضع وزخم الجسيم الحر طيفًا متصلًا، ولكن عندما يُحصر الجسيم في حيز محدود ، يصبح طيفه منفصلًا.

في كثير من الأحيان، قد يكون الطيف المستمر مجرد نموذج ملائم لطيف منفصل تكون قيمه قريبة جدًا بحيث لا يمكن تمييزها، كما هو الحال في الفونونات في البلورة .

يمكن نمذجة الأطياف المستمرة والمتقطعة للأنظمة الفيزيائية في التحليل الوظيفي كأجزاء مختلفة في تفكيك طيف عامل خطي يعمل على فضاء دالة ، مثل عامل هاميلتون .

يُعدّ المثال الكلاسيكي للطيف المنفصل (الذي استُخدم المصطلح لوصفه لأول مرة) مجموعة الخطوط الطيفية المنفصلة المميزة التي تظهر في طيف الانبعاث وطيف الامتصاص لذرات عنصر كيميائي معزولة ، والتي تمتص وتُصدر الضوء فقط عند أطوال موجية محددة. وتعتمد تقنية التحليل الطيفي على هذه الظاهرة.

تُلاحظ الأطياف المنفصلة في العديد من الظواهر الأخرى، مثل الأوتار المهتزة ، والموجات الميكروية في تجويف معدني ، والموجات الصوتية في نجم نابض ، والرنين في فيزياء الجسيمات عالية الطاقة . ويمكن نمذجة ظاهرة الأطياف المنفصلة في الأنظمة الفيزيائية رياضياً باستخدام أدوات التحليل الوظيفي ، وتحديداً من خلال تحليل طيف مؤثر خطي يعمل على فضاء وظيفي .

• الطيف (توضيح) §  الفيزياء