الضوء أحد العناصر الأساسية للكون!

يعد الضوء أحد المكونات الأساسية للكون. حيث ان الضوء يتكون من إشعاع كهرومغناطيسي. وينقسم الضوء إلى قسمين: الضوء المرئي، و الضوء الغير مرئي.

الضوء الغير مرئي..الجزء الأكبر من الطيف الكهرومغناطيسي

يعد الضوء الغير مرئي الجزء الأكبر من الطيف الكهرومغناطيسي. ويكون غير مرئي للعين البشرية. ويستخدم في العديد من مجالات الحياة ولكن يكثر استخدامه في المجال الطبي. حيث يستخدم في علاج الأمراض كأشعة جاما التي تستخدم لعلاج مرض السرطان. والأشعة السينية المستخدمة في تشخيص الإصابات والأمراض الداخلية. و في العلوم و خاصة الفيزياء والكيمياء، حيث تستخدم أشعة الراديو و الميكروويف في رصد الأجسام في الفضاء. وتستخدم أشعة جاما في التفاعلات النووية وفي تجارب الكشف عن أسرار النواة.[1]

الضوء المرئي..المنطقة المرئية من الطيف الكهرومغناطيسي

ويشكل جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي ويكون مرئي للعين البشرية. ويتكون الضوء المرئي من طيف مركب من العديد من الألوان. ويتراوح الطول الموجي للضوء المرئي بين 400-700 نانومتر. أما تردده فيتراوح بين 420-750 تيرا هيرتز. ويقع الضوء المرئي في الطيف الكهرومغناطيسي بين الأشعة تحت الحمراء (ذات طول موجي أطول) والأشعة فوق البنفسجية (ذات طول موجي أقصر). و يستطيع الإنسان رؤية نطاقين من الضوء في أغلب الظروف. النطاق الضيق(420-680) نانومتر. والنطاق الواسع (380-800). وأيضاً يستطيع رؤية الأشعة تحت الحمراء حتى طول 1050 نانومتر في الظروف المثالية. ولكن الأطفال والشباب يستطيعون رؤية الأشعة فوق البنفسجية التي يتراوح طولها بين 310-313 نانومتر.[1]

صفات الضوء المرئي

من خصائص الضوء المرئي ما يلي:

• الشدة، أو الشدة الضوئية: وهي مقياس لقدرة الضوء أو لطول موجة محدد من نقطة في اتجاه معيّن. وذلك بالاعتماد على متوسط حساسية العين للطيف الضوئي ودرجة ضيائه. وتعد الشدة الضوئية نموذج قياسي لحساسية عين الإنسان، وتقاس بوحدة القنديلة حسب النظام الدولي الموحد.[2]
• سرعة الضوء: تعد سرعة الضوء أحد الثوابت الأساسية في الطبيعة. حيث تبلغ سرعته في الفراغ 299792458 م/ث.[1]
• الطول الموجي: و هو المسافة بين موجتين متتاليتين أو المسافة بين قاعين متتاليين أو قمتين متتاليتين. وتكون العلاقة ببن الطول الموجي والتردد علاقة عكسية. حيث إذا زاد الطول الموجي قل التردد والعكس.
• التردد: وهو عدد الأمواج الكهرومغناطيسية المتكونة في الثانية الواحدة.

و تكون جميع الصفات السابقة (عدا السرعة) متغيرة على طول الطيف الكهرومغناطيسي المرئي. فعلى سبيل المثال يكون الطول الموجي للضوء البنفسجي أقصر من الطول الموجي للضوء الأحمر. ولكن يكون تردده أكبر من تردد الضوء الأحمر.

خواص الضوء

يوجد للضوء العديد من الخواص التي تنتج عدداً من الظواهر التي تستخدم في الكثير من مجالات الحياة. وهذه الخصائص هي:

• خاصية انكسار الضوء: كلنا لاحظنا في وقت ما عندما كنا صغاراً تغير شكل القلم عند وضع نصفه في كوب من الماء. حيث يظهر بأنه منكسراً داخل الماء. فما هي ظاهرة انكسار الضوء؟

ظاهرة انكسار الضوء هي تغير اتجاه مسار الضوء عندما ينتقل من وسط مادي إلى آخر بفعل فرق الكثافة بين الوسطين. حيث تختلف سرعة الضوء في الأوساط المادية المختلفة. وذلك يجعلنا نلاحظ بأن القلم الموضوع في الماء يبدو منكسراً عند السطح، لأن سرعة الضوء في الماء تكون أقل عنها في الهواء.[3]

• ظاهرة التداخل: تحدث ظاهرة التداخل عندما تمر موجتان ضوئيتان لهما نفس الطول الموجي والتردد من خلال نفس النقطة في نفس اللحظة. فتكون النتيجة إما أنهما تجتمعان أو تلغيان بعضهما. حيث تجتمعان عندما تمر قمة لموجة بنقطة ما في نفس وقت مرور موجة أخرى في نفس النقطة. ويكون نتيجته قمة ذات قيمة أكبر، وبالتالي ضوءً ساطعاً أكثر مما تعطيه كل موجة لوحدها، ويسمى هذا التداخل بالتداخل البنّاء. ولكن ماذا سيحصل إذا مرت قمة لموجة ما في نفس وقت مرور قاع موجة أخرى في نفس النقطة؟ حسناً.. سنحصل في هذه الحالة على تداخل هدام، حيث سيقلل القاع من ارتفاع القمة أو أنه سيلغيها مسبباً نقطة أو مساحة معتمة. وتعد هذه الظاهرة من أهم الحجج التي تؤيد النظرية الموجية للضوء.[4]
• ظاهرة الحيود والانتشار: تحدث هذه الظاهرة عندما يصطدم الضوء بعائق. ويحدث عندما تتداخل الموجات الضوئية المنتشرة بعد مرورها من فتحتين أو أكثر. و يكون نتيجة هذه الظاهرة تكون مناطق معتمة وأخرى مضيئة عند رصد تأثير هذه الظاهرة. حيث يكون المركز هو أكثر المناطق سطوعاً و يقل السطوع كلما ابتعدنا عن المركز.[5]
• ظاهرة الانعكاس: تحدث هذه الظاهرة عندما يتغير اتجاه مقدمة الموجة الساقطة على سطح عاكس بشرط أن تكون زاوية السقوط مساوية لزاوية الانعكاس. وتحدث أيضاً دون الحاجة لوجود سطح عاكس. فعندما يسقط الضوء على الأجسام تحتفظ مادة الجسم بالطاقة ثم تعيد إرسالها في كل الاتجاهات. وتظهر صورة الانعكاس على الأسطح الملساء بصرياً.[6]

طبيعة الضوء

تعد طبيعة الضوء من الأمور الغامضة إلى حد ما. حيث افترض العلماء في القرن 18 أن الضوء عبارة عن موجات، وسميت هذه النظرية بالنظرية الموجية. وكان عراب هذه النظرية العالم الهولندي كريستيان هيغنز. أعطت هذه النظرية تفسيراً مقبولاً لظاهرة التداخل. وقد شبت الموجات الضوئية في ذلك الوقت بالموجات الصوتية. ولكن إذا كانت الموجات الضوئية مثل الموجات الصوتية. فكيف تتحرك الموجات الضوئية؟ بما أن الصوت ينتقل في وسط مادي وهو الهواء. افترض العلماء وجود مادة في الفضاء تنتقل من خلالها الموجات الضوئية. وسميت هذه المادة بالأثير(والتي تم نفي وجودها في وقت لاحق) بالرغم من عدم وجود أدلة على وجود تلك المادة.

ما يجعل طبيعة الضوء غامضة إلى حد ما هو ظهور تفسير آخر إلى جانب النظرية الموجية. حيث أخرج العالم الألماني ألبرت آينشتاين عام 1905 نموذجاً آخر يفسر فيه طبيعة الضوء. حيث جاء فيه بأن الضوء عبارة عن جسيمات مادية تحمل طاقة كهرومغناطيسية فائقة سميت بالفوتونات. وفي هذا النموذج ذكر آينشتاين بأن الشعاع الضوئي هو المسار الذي تسلكه الفوتونات. حيث يتكون من عدد كبير من الفوتونات التي تسلك مسار مستقيم.[1]

حسناً.. بالتأكيد خطر ببالك سؤال هل الضوء عبارة عن موجات أم جسيمات؟ إجابة هذا السؤال مضحكة قليلاً وأن الضوء لا يعتبر موجات ولا جسيمات. حيث لاحظ العلماء بأن الضوء يسلك في بعض التجارب سلوك الموجات، وفي بعضها الآخر سلوك الجسيمات.