من مكتشف طبيعة الضوء المتماوجة

الضوء

تعريف الضوء

لعل واحداً من أهم الأسئلة التي تبادرت إلى ذهن الإنسان منذ القدم "ما هو الضوء؟" وهذا السؤال ليس بالسؤال الذي يسهل الإجابة عليه. وكانت هناك العديد من المحاولات على مر التاريخ للإجابة على هذا السؤال ولمعرفة طبيعة الضوء، فظن البعض أنه موجات مثل موجات الصوت، أو البحر، أو الأمواج التي نصنعها عند رج حبلٍ ما، وظن آخرون أن الضوء ليس إلا جسيمات مثل كرات التنس -على سبيل المثال- وهناك من ظن أن طبيعة الضوء واحدة من هذين الاحتمالين، ليس شخصاً واحداً بل العديد من الأشخاص وعلى مراحل مختلفة من التاريخ. وسنتحدث عنها بشكلٍ مفصلٍ في هذا المقال. لكن بشكلٍ عام يجدر الإشارة إلى أن كل فريقٍ منهم قد اعتقد اعتقاده بناءً على أدلةٍ صحيحة، ولكن الإجابة في النهاية كانت مختلفة تماماً.[1]

عادةً ما تشير كلمة الضوء إلى الجزء الذي يمكن للعين البشرية إدراكه من الطيف الكهرومغناطيسي الممتد من أشعة غاما ذات الطول الموجي الذي يساوي 0.01 نانومتر، وحتى أمواج الراديو التي يمكن قياسها بالمتر. هذا الحيز الصغير الذي يمكن للعين البشرية إدراكه يمتد من الطول الموجي 700 نانومتر (والذي نراه على أنه اللون الأحمر) وحتى الطول الموجي 400 نانومتر (الذي نراه على أنه اللون البنفسجي)، والضوء يمثل جزءاً صغيراً جداً من كامل الطيف الكهرومغناطيسي، وسرعته في الفراغ هي إحدى الثوابت المطلقة في الفيزياء وهي تساوي تقريباً 3×108 متر/ثانية.[2]

أهمية الضوء

ويعد الضوء واحداً من أهم وسائل التواصل والتعلم في الحياة، إذ يمكن للإنسان رؤية العديد من الأشياء بسبب وجود الضوء، ويوجد العديد من المصادر للضوء، وأبرز هذه المصادر بالنسبةِ للناسِ كافةً ومنذ الأزل الشمس، ولهذا المصدر تأثيرٌ كبيرٌ على الحياة في الأرض، حيث إنه لولا الشمس لما تمكنت النباتات من القيام بالبناء الضوئي، ولما استمرت ولما عاشت بقية أجزاء السلسلة الغذائية. وعلى الجانب العلمي، فإن الضوء يمثل نافذتنا على الكون؛ حيث إنه عن طريق تفاعل الضوء مع المادة فإنه يمكننا التعرف على الكون سواء على المستوى الكبير جداً (كالمجرات، والكواكب، وغيرها) أو على المستوى الصغير جداً (الذرات، والأنوية، والإلكترونات، وغيرها)، فباستخدام الطيف الكهرومغناطيسي بشكلٍ عام والضوء بشكلٍ خاص يمكننا دراسة الكون.[2]

مكتشف الطبيعة الموجية للضوء

الطبيعة الموجية للضوء

تمت معاملة الضوء على أنه موجات من قبل العديد من الأشخاص والعلماء، وكما ذكرنا سابقاً فقد كان لكل واحدٍ منهم الدليل الذي اعتمد عليه في دعم فرضه. ومن العلماء الذين اعتبروا الضوء على أنه موجة العالم كريستيان هايجنز (بالإنجليزية: Christian Huygens)، حيث إنه في عام 1678 قام العالم الهولندي كريستيان هايجنز بتفسير ظاهرتي الانعكاس والانكسار باعتباره الضوء على أنه موجات. ومن العلماء الآخرين الذين أثبتوا أن الضوء عبارة عن موجات العالم ثوماس يونغ (بالإنجليزية: Thomas Young)، حيث إنه في عام 1801 قام العالم يونغ لأول مرةٍ في التاريخ بتقديم دليلٍ قاطعٍ يثبت فيه أن الضوء عبارة عن أمواج، وسلوك الضوء هو سلوك موجي، وذلك عن طريق تجربته الشهيرة المعروفة ب"تجربة شقي يونغ"، حيث إنه عند تسليط ضوء على شقين متقاربين جداً فإن هذا الضوء سوف يتداخل (أي أن شدته سوف تزداد إذا كان التدخال بناءً أو أنها سوف تقل إذا كان التداخل هداماً) وهذا السلوك المعروف بالتداخل هو سلوك خاص بالأمواج فقط، أو على الأقل كان هذا هو المعروف في زمن يونغ؛ إذ إنه لم تكن هنالك طريقة يمكن فيها تخيل أو تفسير جسيمين يتداخلان حتى يتضاعفا أو يختفيا![1]

الدليل الحاسم الذي قدمه يونغ عندما قام بتجربته كان أحد أهم الدعائم التي دعمت السلوك الموجي للضوء، لكن وكواحد من الأدلة الأخرى الحاسمة على أن للضوء طبيعة موجية هي النتيجة التي توصل إليها العالم ماكسويل (بالإنجليزية: Maxwell) في عمله في الكهرباء والمغناطيسية، حيث إنه تمكن من استنتاج أن الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية عالية التردد، وكان هذا في عام 1873. وفي عام 1887 تمكن العالم هيرتز (بالإنجليزية: Hertz) من دعم نتائج ماكسويل النظرية عن طريق التجربة، حيث إنه قام بتوليد ورصد الأمواج الكهرومغناطيسية، وبهذا تم التأكيد على صحة نتائج ماكسويل تجريبياً.[1]

علماء دعموا الطبيعة الموجية للضوء

في المحصلة، يمكن القول إن الأشخاص الذي اكتشفوا السلوك الموجي للضوء، والذين دعموا هذا الفرض هم:[1]

• كرستيان هيجنز.
• ثوماس يونغ.
• ماكسويل.
• هيرتز.

مكتشف الطبيعة الجسيمية للضوء

الطبيعة الجسيمية للضوء

من المؤكد أنه كما كان هنالك الداعمون لفرض أن الضوء يمتلك طبيعة موجية، فقد كان هنالك أيضاً العديد من الداعمين لفرض أن الضوء يمتلك طبيعة جسيمية، حيث إن الضوء قبل القرن التاسع عشر كان يُعتقد أنه سيل من الجسيمات الصغيرة جداً التي تنبعث من الجسم الذي نراه أو من عين الرائي. واحد من أبرز الرائدين الذين افترضوا أن الضوء عبارة عن جسيمات صغيرة جداً تنبعث من المصدر الضوئي هو العالم الشهير إسحاق نيوتن (بالإنجليزية: Issac Newton)، وقد استخدم هذا الفرض لتفسير ظاهرتي الانعكاس والانكسار (كما فعل هيجنز عندما اعتبر أن الضوء عبارة عن موجات) وظل هذا هو الاعتقاد السائد من قبل معظم العلماء طيلة حياة نيوتن.[1]

بعد أن ساد الاعتقاد بأن الضوء عبارة عن موجات، وخاصةً بعد أعمال ماكسويل، ظهرت بعض الظواهر التي لم يكن بالإمكان تفسيرها باستخدام النظرية الكهرومغناطيسية الكلاسيكية مثل الظاهرة الكهروضوئية، والتي تمكن آينشتاين من حلها في عام 1905 باستخدام مبدأ التكميم الذي طوره العالم ماكس بلانك في عام 1900؛ حيث إن هذا النموذج الكمي يفترض أن طاقة الموجة الضوئية تأتي على شكل جسيمات تُعرف بالفوتونات، ولذلك فإن الطاقة مكممة![1]

علماء دعموا الطبيعة الجسيمية للضوء

إذاً يمكن القول بأن من العلماء الذين دعموا فكرة أن الضوء عبارة عن جسيمات هم:[1]

• إسحاق نيوتن.
• آلبرت آينشتاين.
• ماكس بلانك.

هل الضوء موجة أم جسيم

يبقى الآن هذا السؤال عالقاً، هل الضوء موجة أم جسيم؟ في الحقيقة، الضوء ليس موجة ولا جسيم، وهو ليس كلاهما في الوقت نفسه، الضوء هو شيء أكثر تعقيداً من ذلك، وحتى يمكن الحديث أكثر عن طبيعة الضوء فإنه لا يمكن الاستغناء عن نظرية الكم والتي تفسر طبيعة الضوء.[3]

المراجع

1. ^ أ ب ت ث ج ح خ Raymond A. Serway, and John W. Jewett (2004), Physics for Scientists and Engineers, USA: Thomson Brooks/Cole, Page 1093,1094,1095, Part 6th ediion. Edited.
2. ^ أ ب Glenn Stark, "light"، www.britannica.com, Retrieved 4-8-2018. Edited.
3. ↑ "Is light a particle or a wave?", www.wtamu.edu,16-1-2013، Retrieved 5-8-2018.