Spektr (lot. spectrum «tasavvur», «obraz») fizikada — skalyar funksiya bo‘lib, u chastota , to‘lqin uzunligi yoki boshqa fizik kattalik qiymatlarining murakkab to‘lqinli obyektdagi «nisbiy ulushini» ifodalaydi. Normallashtirish koeffitsiyentini hisobga olmaganda, u tegishli kattalikning taqsimot zichligi yoki qatori bilan mos keladi. Masalan, yutilish spektri yoki nurlanish spektri kabi qo‘shma atamalarda spektr so‘zi o‘rganilayotgan hodisaning «spektral tarkibi»ni anglatadi.

Spektr deganda nafaqat to‘lqin hodisalarida, balki tizim yoki jarayonni tavsiflovchi biror fizik kattalikning amalga oshishi mumkin bo‘lgan barcha qiymatlari majmui ham tushunilishi mumkin. Bunday majmua, masalan, zarrachaning yoki kabi energiya qiymatlari ro‘yxati yoki o‘zgarish oralig‘i orqali ifodalanadi.

Odatda spektr deganda elektromagnit (yoki akustik) spektr, yaʼni elektromagnit nurlanish (yoki elastik tebranishlar) chastotalari va to‘lqin uzunliklarining taqsimoti tushuniladi. Spektr shakli signalda ko‘k, yashil va boshqa ranglar (yoki ultratovush, eshitiladigan tovush va boshqa to‘lqinlar) qay darajada mavjudligini ko‘rsatadi. Bunday spektrning o‘lchov birligi energiyaning hajmiy zichligi yoki quvvatning sirt zichligi birligini argument birligiga bo‘lish orqali hosil qilinadi: agar argument chastota bo‘lsa, (Дж/м³)/Гц yoki (Вт/м²)/Гц; agar to‘lqin uzunligi bo‘lsa, (Дж/м³)/м yoki (Вт/м²)/м bo‘ladi. Ko‘pincha spektr nisbiy, o‘lchovsiz birliklarda ifodalanadi.

Baʼzan spektr deganda butun taqsimot emas, balki muayyan tizimda mumkin bo‘lgan chastotalar, to‘lqin uzunliklari, energiyalar yoki massalar to‘plami yoxud oralig‘i tushuniladi. Bunda ularning yuzaga kelish ehtimollari ko‘rsatilmaydi (masalan, kvant chuquridagi zarracha energiyalari spektri haqida gapiriladi).

«Spektr» atamasini ilmiy muomalaga Isaak Nyuton 1671—1672-yillarda Quyosh nuri uchburchak shaklidagi shisha prizma orqali o‘tganda hosil bo‘ladigan, kamalakka o‘xshash ko‘p rangli tasmani ifodalash uchun kiritgan. O‘sha davrda bu faqat Quyosh nurlanishida turli uzunlikdagi elektromagnit to‘lqinlar borligini qayd etishdan iborat edi, biroq keyinchalik to‘lqin uzunliklari bo‘yicha taqsimotlar ham aniqlandi.

Fizik kattalik qiymatlarining taqsimlanish xususiyatiga ko‘ra spektrlar diskret (chiziqli), uzluksiz (yaxlit), shuningdek, diskret va uzluksiz tarkibiy qismlarning qo‘shilishidan (ustma-ust tushishidan) hosil bo‘lgan aralash spektrlar bo‘lishi mumkin. Diskret qismlar mavjud bo‘lsa, ular spektrda yuqoriga yo‘nalgan keskin cho‘qqilar (matematik jihatdan hatto delta-funksiyaga o‘xshash) yoki pastga yo‘nalgan keskin pasayishlar shaklida namoyon bo‘ladi.

Chiziqli spektrlarga massa spektrlari va bog‘langan holatlar orasidagi elektron o‘tishlarning atomdagi spektrlari misol bo‘ladi. Uzluksiz spektrlarga esa qizigan qattiq jismning elektromagnit nurlanishi spektri va atomdagi erkin holatlar orasidagi elektron o‘tishlar spektri kiradi. Aralash spektrlarga esa yulduzlarning nurlanish spektrlari misol bo‘ladi. Ularda fotosferaning uzluksiz spektri ustiga xromosferaga oid yutilish chiziqlari tushadi; shuningdek, ko‘pchilik tovush spektrlari ham shundaydir.

Spektrlarning alohida turi — oldingi bo‘limda tilga olingan, o‘rganilayotgan tizimda biror kattalikning amalga oshishi mumkin bo‘lgan qiymatlari «to‘plamlari»dir.

Spektrlarni tasniflashning yana bir mezoni — ularning hosil bo‘lishiga asos bo‘ladigan fizik jarayonlar turidir. Masalan, nurlanishning modda bilan o‘zaro taʼsiri turiga ko‘ra spektrlar emission (nurlanish spektrlari), absorbsion (yutilish spektrlari) va sochilish spektrlariga bo‘linadi.

• Elektromagnit spektr — elektromagnit to‘lqinlar chastotalarining barcha diapazonlari majmui.
• Emission spektr — atom yoki molekula pastroq energiya sathiga o‘tganda chiqaradigan elektromagnit nurlanish chastotalari to‘plami.
• Massalar spektri — massalarning elementar zarrachalarga xos qiymatlari to‘plami.
• Energiya spektri — muayyan (odatda kvant) tizimda zarracha energiyasining mumkin bo‘lgan qiymatlari to‘plami yoki oralig‘i.
• Neytronlar spektri — funksiya; u neytronlarning energiya bo‘yicha taqsimlanishini tavsiflaydi.

1822-yilda Furye «Issiqlikning analitik nazariyasi» asarini nashr etdi. Unda funksiyalarni trigonometrik qatorlar orqali ifodalashga asoslangan o‘zgaruvchilarni ajratish usulini (Furye almashtirishi) bayon qildi. Ushbu usulda funksiyalar trigonometrik qatorlar (Furye qatorlari) ko‘rinishida ifodalanadi. Furye ixtiyoriy funksiyani trigonometrik qatorga yoyish mumkinligini isbotlashga ham urindi. Uning urinishi muvaffaqiyatsiz chiqqan bo‘lsa-da, aynan shu urinish zamonaviy raqamli signallarni qayta ishlashning asosiga aylandi.

Optik spektrlar, masalan, Nyuton olgan spektr, nurlanish intensivligining to‘lqin uzunligiga yoki shu bilan teng kuchli ravishda chastotaga bog‘liqligini ifodalovchi funksiya bilan miqdoriy tavsiflanadi, yaʼni funksiyasi chastotalar sohasida (frequency domain) aniqlangan. Bu holda chastotalar bo‘yicha ajratishni spektroskopning tahlil qiluvchi elementi — prizma yoki difraksion panjara bajaradi.

Akustika yoki analog elektr signallari holatida vaziyat boshqacha: o‘lchash natijasi intensivlikning vaqtga bog‘liqligini ko‘rsatuvchi funksiyadir, yaʼni bu funksiya vaqt sohasida (time domain) aniqlangan. Maʼlumki, tovush signali tovush tebranishlarining turli chastotalardagi tarkibiy qismlari yig‘indisidan iborat. Demak, bunday signalni «klassik» spektr bilan ham ifodalash mumkin; uni quyidagi funksiya tavsiflaydi: .

Aynan Furye almashtirishi vaqt bo‘yicha va chastota bo‘yicha tasvirlash usullari orasidagi bir qiymatli moslikni aniqlaydi va Furye spektroskopiyasiga asos bo‘ladi.

Tarixan spektrlarning boshqa barcha turlaridan avval optik spektrlar o‘rganila boshlangan. Bu yo‘nalishda birinchi bo‘lib Isaak Nyuton ish olib borgan. U 1704-yilda nashr etilgan «Optika» asarida oq yorug‘likni prizma yordamida turli rangga va sinish xususiyatiga ega alohida tarkibiy qismlarga ajratish tajribalari natijalarini eʼlon qilgan. Shu tariqa u Quyosh nurlanishi spektrlarini hosil qilgan va rangning prizma hosil qiladigan xususiyat emas, balki yorug‘likning o‘ziga xos xususiyati ekanini ko‘rsatib, spektrlarning tabiatini tushuntirgan. Bundan oldin Rojer Bekon XIII asrda rangni prizma hosil qiladi, deb hisoblagan edi. Aslida Nyuton optik spektroskopiya asoslarini yaratdi: «Optika» asarida u hozirgacha qo‘llaniladigan yorug‘likni ajratishning uch usulini — sinish, interferensiya va difraksiyani tasvirlagan. Uning kollimator, tirqish va linzadan iborat prizmasi dastlabki spektroskop bo‘lgan.

Keyingi bosqich 100 yildan so‘ng boshlandi: Uilyam Vollaston 1802-yilda Quyosh spektrida qoramtir chiziqlarni kuzatgan, biroq bu kuzatuvlariga katta ahamiyat bermagan. 1814-yilda esa ushbu chiziqlarni undan mustaqil ravishda Fraungofer kashf qilib, batafsil tasvirlagan (hozir Quyosh spektridagi yutilish chiziqlari Fraungofer chiziqlari deb ataladi), ammo ularning kelib chiqishini tushuntirib bera olmagan. Fraungofer Quyosh spektrida 500 dan ortiq chiziqni tavsiflagan va D chizig‘ining joylashuvi alanga spektridagi yorqin sariq chiziq joylashuviga yaqinligini qayd etgan.

1854-yilda Kirxgof va Bunzen metall tuzlari bug‘lari taʼsirida rang olgan alanga spektrlarini o‘rganishga kirishdi. Natijada ular tajribaviy fanning eng kuchli usullaridan biri bo‘lgan dastlabki asbobiy spektral usul — spektral tahlil asoslarini yaratdilar.

1859-yilda Kirxgof «Berlin Fanlar akademiyasining oylik xabarlari» jurnalida «Fraungofer chiziqlari haqida» nomli kichik maqola eʼlon qildi.

Kirxgof asaridan parcha

Bunzen bilan birgalikda rangli alangalar spektrlarini tadqiq etishimiz natijasida murakkab aralashmalarning sifat tarkibini kavsharlash lampasi alangasida hosil bo‘ladigan spektrlariga qarab aniqlash mumkin bo‘ldi. Shu tadqiqot davomida men Fraungofer chiziqlarining kelib chiqishi haqida kutilmagan xulosaga olib keladigan, shuningdek, bu chiziqlar orqali Quyosh atmosferasining va ehtimol yorqin qo‘zg‘almas yulduzlar atmosferasining moddiy tarkibini aniqlash imkonini beradigan bir qancha kuzatuvlar o‘tkazdim…

…spektrlarida yorqin va aniq chiziqlar kuzatiladigan rangli alangalar o‘zlaridan o‘tayotgan ayni shu rangdagi nurlarni shunchalik susaytiradiki, agar alanga ortida spektrida odatda bunday chiziqlar bo‘lmagan, yetarlicha kuchli yorug‘lik manbai joylashgan bo‘lsa, yorqin chiziqlar o‘rnida qoramtir chiziqlar paydo bo‘ladi. Shundan kelib chiqib, men Quyosh spektridagi Yer atmosferasi sababli yuzaga kelmagan qoramtir chiziqlar Quyoshning qizigan atmosferasida shunday moddalar mavjudligi tufayli paydo bo‘ladi, degan xulosaga keldim. Bu moddalar alanga spektrining aynan o‘sha joylarida yorqin chiziqlar hosil qiladi. Alanga spektridagi D chiziqlari bilan mos keluvchi yorqin chiziqlar har doim alangadagi natriy taʼsirida paydo bo‘lishini qabul qilish kerak. Demak, Quyosh spektridagi qoramtir D chiziqlari uning atmosferasida natriy borligini ko‘rsatadi. Bryuster selitra alangasi spektrida Fraungoferning A, a, B chiziqlari o‘rnida yorqin chiziqlarni aniqlagan; bu chiziqlar Quyosh atmosferasida kaliy borligidan dalolat beradi

Eʼtiborlisi shundaki, Kirxgofning bu ishi kutilmaganda falsafiy ahamiyat ham kasb etdi. Bundan oldin, 1842-yilda, pozitivizm va sotsiologiya asoschilaridan biri Ogyust Kont bilib bo‘lmaydigan narsaga misol tariqasida kimyoviy tarkibini aniqlash imkonsiz deb hisoblangan Quyosh va yulduzlarni keltirgan:

Biz ularning shaklini, ulargacha bo‘lgan masofani, massasini va harakatini qanday aniqlashni tushunamiz, ammo ularning kimyoviy va mineralogik tarkibi haqida hech qachon hech narsa bila olmaymiz

— Ogyust Kont, «Pozitiv falsafa kursi», II kitob, I bob (1842)

Kirxgofning tadqiqoti Quyosh spektridagi Fraungofer chiziqlarining tabiatini tushuntirish va Quyosh atmosferasining kimyoviy (aniqrog‘i, element) tarkibini aniqlash imkonini berdi.

Amalda spektral tahlil ilm-fan rivojida yangi davrni boshlab berdi: spektrlarni obyekt yoki tizim holatini ifodalovchi funksiyaning kuzatiladigan qiymatlari to‘plami sifatida o‘rganish nihoyatda samarali bo‘ldi va oxir-oqibat kvant mexanikasining paydo bo‘lishiga olib keldi: Plank kvant g‘oyasiga mutlaq qora jism spektri nazariyasi ustida ishlash jarayonida kelgan.

1910-yilda dastlabki elektromagnit bo‘lmagan spektrlar olindi: J. J. Tomson birinchi massa spektrlarini oldi, keyin esa 1919-yilda Aston ilk massa-spektrometrni yaratdi.

XX asr o‘rtalaridan boshlab radiotexnika rivoji bilan radiospektroskopik, ayniqsa magnit rezonansga asoslangan usullar rivojlandi. Ular jumlasiga yadro magnit rezonansi spektroskopiyasi (YMR-spektroskopiya — hozirgi kunda organik birikmalarning fazoviy tuzilishini aniqlash va tasdiqlashning asosiy usullaridan biri), elektron paramagnit rezonansi (EPR), siklotron rezonansi (SR), ferromagnit rezonansi (FR) va antiferromagnit rezonansi (AFR) kiradi.

Radiotexnika rivoji bilan bog‘liq spektral tadqiqotlarning yana bir yo‘nalishi dastlab tovush signallarini, keyinchalik esa ixtiyoriy turdagi signallarni qayta ishlash va tahlil qilish bo‘ldi.

• Vavilov S. I. Nyuton optikasining tamoyillari va farazlari. Asarlar to‘plami. — M.: SSSR Fanlar akademiyasi nashriyoti, 1956. — J. 3.
• Tarasov K. I. Spektral asboblar. — L.: Mashinasozlik, 1968.
• Gustav Kirxgof, Robert Bunzen. Spektrlarni kuzatish orqali kimyoviy tahlil / «Annalen der Physik und der Chemie» (Poggendorff), 110-jild (1860) nashridan inglizcha tarjima.

• Nurlanishning uzatilishi va osmon jismlari spektrlari
• Spektr Flash-ilovasi