ما هو الضوء؟
الضوء المرئي هو طاقة مشعة يشار اليها بأنها اشعاع كهرومغناطيسي مرئي للعين البشرية مسؤول عن حاسة الإبصار يتراوح الطول الموجي للضوء ما بين 400 نانومتر إلى 700 نانومتر، وهو يقع ما بين الأشعة تحت الحمراء و الأشعة فوق البنفسجية.
ما هي خصائص الضوء؟
الخصائص الأساسية للضوء المرئي هي:
الشدة.
اتجاه الانتشار .
التردد أو الطول الموجي.
الطيف .
الاستقطاب .
بينما سرعته بالفراغ تقدر ب 299792458م/ث، وهي إحدى الثوابت الأساسية في الطبيعة.
و الضوء المرئي ينبعث و يمتص في هيئة حزم صغيرة تدعى الفوتونات ،و يمكن دراستها كجسيمات أو كموجات.
تطور نظريات الضوء و الابحاث حوله عبر الزمن:
* الفترة الاغريقية و الاسلامية:
توصل الإغريق القدماء إلى بعض النظريات في مجال الضوء ،وفتحت آفاق دراسته، ولكنها كانت في الأغلب نظرية ،ولم تتح الفرصة للبحث العملي لهذا الجانب الحيوي إلا على يد عدد من العلماء المسلمين في القرون الوسطى، و يأتي في مقدمتهم الحسن ابن الهيثم.
وكانت أبرز إسهامات الحسن بن الهيثم في كتابه "المناظر" الاهتداء إلى طبيعة الضوء ووظائفه، و حالة القمر ، و قوس قزح، و المرايا ذات القطع المتكافئ، و المرايا الكروية ، و الكسوف ، و الخسوف، و الظلال.
فانتفع بعلمه بالبصريات و إنتاجه الغزير كل من روجر بيكون و ويتلو البولندي، و ليوناردو دافنشي، و يوهان كيلر.
وقد ترجم كتابه "المناظر" أكثر من خمس مرات إلى اللاتينية، و فيه يؤكد على أن الضوء مستقل عن اللون، و حلل لأول مرة عملية الإبصار، و أشعة الضوء التي ذهب من سبقوه إلى أنها تنبعث من العين إلى الأجسام فنراها، في حين قال ابن الهيثم: "انها تصدر عن كل نقطة من نقاط الجسم فتصل إلى العين ...و تنتقل إليها و إلى المخ صورة الشيء".
واهتم ابن الهيثم بالعدسات ، و قال: إن تكبير العدسة يتوقف على مقدار تحدبها، كما درس الانكسار و الانعكاس.
* خلال القرن 17:
ولم يظهر عالم في الضوء يعتد به بعد ابن الهيثم إلا في القرن17 أي بعد نحو سبعة قرون، ففي سنة 1666ميلادية ،اكتشف العالم الإنجليزي السير إسحاق نيوتن أن الضوء الأبيض مؤلف من جميع الألوان، ووجد باستخدام المنشور أن كل لون في الشعاع الأبيض يمكن أن يفصَّل، ووضع إسحاق نيوتن نظرية تقول:" إن الضوء يتألف من أجسام صغيرة تنتقل في خطوط مستقيمة خلال الفراغ".
و سمى النظرية " نظرية الجسيمات الضوئية" ، و في نفس الوقت الذي وضع فيه نيوتن نظريته للضوء قال الفيزيائي و الفلكي الهولندي كريستيان هويجنز:"إن الضوء يتألف من موجات " و قدم نظريته الموجية لشرح طبيعة الضوء.
و تبدو النظريتان –نظرية الجسيمات الضوئية ،و النظرية الموجية – متضادتين تماما ، و قد دارت مجادلات بين العلماء حولهما لحوالي 100سنة.
* خلال القرن 19:
وفي بداية القرن 19 شرح الفيزيائي الإنجليزي توماس يونج تداخل الضوء ، و أوضح أن الشعاعين من الضوء يلغي أحدهما الآخر تحت شروط محددة.
وكان العلماء خلال القرن 19 يظنون أن الضوء موجة تنتقل كما تنتقل الموجة المائية، وراجت النظرية الموجية للضوء ، لأنها مكنت العلماء من تفسير ظاهرة نمط التداخل، وهي خطوط ساطعة، و أخرى مظلمة ، حصل عليه العلماء من التجارب الضوئية، و إذا كان الضوء موجة فما هي هذه الموجات؟ فموجات الماء سهلة التفسير، لأنها تسير خلال سطح الماء، بينما نجد أن الماء نفسه يتحرك أعلى و أسفل. و بالنسبة لعلماء القرن 19 كان الضوء يبدو مختلفا عن موجات الماء بسبب انتقاله في الفضاء من الشمس و النجوم الأخرى للأرض. فافترضوا أن موجات الضوء يجب أن تنتقل خلال مادة تماما كما هو الحال بالنسبة لموجات المياه التي تنتقل خلال الماء. و أطلق العلماء على هذه المادة اسم الأثير ، بالرغم من أنهم لم يتوصلوا إلى ما يبرهن على وجود هذه المادة.
واستطاع العلماء في نهاية القرن 19 التوصل إلى أن موجات الضوء تتألف من مناطق تعرف بالمجالات الكهربائية والحقول أو المجالات المغناطيسية .
و يبدأ النموذج البسيط لموجة الضوء بشعاع خط مستقيم يوضح اتجاه انتقال الضوء ، كما تمثل الأسهم القصيرة التي على طول الشعاع و المتعامدة على زاوية قائمة عليه المجال الكهربائي ، و تشير بعض الأسهم إلى الأعلى من الشعاع ، و الأسهم الاخرى تشير للأسفل منه ،. وهي تختلف في الطول ، و لذلك فالنمط الكلي لرؤوس الأسهم يشبه الموجة، و الأسهم التي تمثل الحقل المغناطيسي هي أيضا تشبه الموجة، و لكن هذه الأسهم تصنع زاوية قائمة مع الأسهم التي تمثل الحقل الكهربائي ، و هذا النمط يتحرك خلال الشعاع وهو الضوء .
* خلال القرن 20:
و أثبتت التجارب بالقرن 20 أن العلماء في النهاية تركوا فكرة الأثير ، و أدركوا أن موجة الضوء بوصفها نمطا منتظما من الحقول الكهربائية والمغناطيسية يمكن أن تنتقل عبر الفضاء .
الفوتونات:
اقترح عالم الفيزياء ألبرت أينشتاين عام 1905 نموذجا للضوء وهو مفيد تماما كالنموذج الموجي ، ويتصرف الضوء في بعض التجارب كما لوكان جسيمات ، و يسمى هذا النوع من الجسيمات الآن بالفوتونات.
انكسار الضوء:
يعتبر من أهم خواص الضوء ظاهرة الانكسار ،وهو تغير اتجاه مسار الموجة عندما تنتقل من وسط مادة إلى وسط مادة أخرى ، وتنكسر الموجات أي تنثني.
وعندما تنتقل بزاوية متوسط إلى آخر حيث تكون سرعة الضوء مختلفة.
و الواقع أن القشة الموضوعة داخل كوب به ماء تبدو منكسرة عن سطح الماء، لأن سرعة الضوء في الماء أقل منها في الهواء.
إرسال تعليق
أكتب تعليقك أو رأيك