الضَّوء
هُناكَ العديد من الأمور والظّواهر الطّبيعية من حولنا التي تَحتاج إلى التّأمل والتّفكر، ومن أهمّ الأمور التي نَراها ونعيش بفضلها هي الضّوء ؛ فالضّوء ومُنذ قديم الزَّمان انبرى لهُ العلماء لِتحليل ظواهرهِ، ومعرفةِ أسراره. في هذا المقال سَنتحدّث عن الضَّوء، وخُصوصاً الضَّوء المرئي الذي تُبصرهُ العين البشريّة، وعن خصائصِ الضَّوء، والاكتشافات العلميّة التي حاولت تفسير طبيعة الضوء.
تعريف الضَّوء
الضوء هو نوع من أنواع الطاقة المكوّنة من الموجات الكهرومغناطيسية، وهي مزيج من المغناطيسية والكهرباء وبعبارة أخرى يمكن القول أنه عبارةٌ عن طَيفٍ كهرومغناطيسي يضمُّ جميع الأطوال الموجية للضوء. من السدم المظلمة إلى النجوم المتفجرة، ويُعدُّ الضَّوء هوَ المَسؤول بالشَّكل الرئيسي عن عمليةِ الإبصار.
أنواع الضَّوء
الطيف المرئي
الضوء المرئي هو نوع واحد فقط من الضوء، أو الإشعاع الكهرومغناطيسي لهُ تَردّدٌ مُعيّن، وطولٌ موجيٌ يتراوح بين 400 نانومتر كحدٍّ أدنى للطول و700 نانومتر، تمثل الموجات الحمراء ضمن الموجات الطويلة بينما تكون الموجات البنفسجية ضمن الموجات القصيرة يمكن للإنسان فقط رؤية هذا الطيف من الضوء .
الطيف غير المرئي
وهو ينقسم إلى قسمين :
- الأمواج الطويلة وتضم: الأمواج تحت الحمراء ، المايكروويف، والراديو.
- الأمواج القصيرة وتضم: الأمواج فوق البنفسجية ، الأشعة السينية ، واشعة غاما ويمكن لبعض الحيوانات مثل النحل رؤية الضوء فوق البنفسجي.
تاريخ نظريات الضَّوء
كانت النظرياتُ السّائدة في السّابق وخُصوصاً أيّام الإغريق تقول إنَّ الضَّوء مَصدرهُ الرَّئيس هوَ العين البشريّة؛ فالعين تُطلق أشعّةَ الضَّوء باتجاه الأجسام المُراد إبصارها، فنُبصر من خلال هذا الضَّوء الأجسام والأشياء من حولنا، وبقيَ هذا الاعتقاد سائداً لدى النّاس حتّى جاءَ العالم المُسلم ابن الهيثم، والذي يُعتبر العالم الذي غيّر العديد من المفاهيم الخاطىئة بخصوص الضوء، أوضحَ ابن الهيثم أنّ الضَّوء يسقط على الأجسام، فتنعكس هذهِ الموجات على العين البشريّة، وتصل إلى المُخّ الذي يُعطينا صورةَ الأشياء، وبالتالي نمتكّن من رؤيتها، وهذا على عكس الاعتقادات السّائدة، وألّفَّ العالم المُسلم ابنُ الهيثم كتاباً مشهوراً في هذا المجال أسماه "المناظر" وهوَ كتابٌ مُتخصّصٌ في عالم البصريّات، وُترجم إلى العديد من الّلغات العالميّة.
من العُلماء الذين درسوا الضَّوء وأعطونا تصوّراتٍ علميّةٍ عنه هوَ العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن ، الذي أوضح أنَّ الضَّوء الأبيض الذي نراه هوَ عبارةٌ عن طيفٍ من الألوان الأخرى، وهيَ ألوانُ الطَّيف السَّبعة، وقد اكتشفَ ذلك من خلال المنشور الزُّجاجي؛ حيث قامَ بتسليط الضَّوء الأبيض على المنشور الزُّجاجيّ، فَتَحلّل الضَّوء إلى سبعةِ ألوان، هيَ ألوان الطَّيف السَّبعة. درسَ إسحاق نيوتن الضَّوء وخصائصه من ناحيةٍ ميكانيكية، فقال إنّ الضَّوء عبارةٌ عن سيلٍ من الجُسيمات الدَّقيقة جدّاً، وتَنَتشرُ في الفَضاء بخطوطٍ مُستقيمة، ولكنْ تبيّنَ لاحقاً أنّ للضَّوء صفات مَوجيّة، فكانت الطَّبيعة المُزدوجة للضَّوء بين الموجيّة والجسيميّة، وقد أُطلقَ على الجُسيمات الدَّقيقة جدّاً للضَّوء اسم الفوتونات.
خصائص الضَّوء
أبرز خصائص الضوء يمكن تلخيصها كما يلي:
- إنّ للضَّوء العديد من الخصائص التي يَتميّز بها كالطّول الموجيّ، والتّردد؛ حيث إنَّ العلاقة بينهما عكسيّة، فالموجات الضَّوئية التي تَتَميّز بطولٍ موجيٍ قصير لها تردداتٌ أعلى .
- يسير الضوء في خطوط مستقيمة .
- ينتقل الضوء عبر الفراغ والهواء والماء .
- إنّ للضَّوء سرعةً كبيرةً جدّاً في الفراغ، وهي قيمةٌ طبيعيّةٌ وثابتة، وتُقدّر بحوالي 299,792,458 م/ث.
- الانعكاس: ارتداد الضوء عن سقوطه على جسم عاكس كالمرايا .
- الانكسار : انحراف مسار الشعاع الضوئيّ عند انتقاله من وسط الى آخرمثل انتقاله من الماء إلى الهواء أو العكس .
- التراكب أو التداخل : هو تداخل موجتين أوأكثر مع بعضهما البعض وإمّا يكون التداخل بناءاً بحيث تصبح الموجة أكثر اتساعاً أو هدّاماً بحيث تصبح الموجة أقل اتساعاً او أنهما تلغيان بعضهما البعض .
- الانحراف أو الحيود : هو أن تصبح الموجة الضوئية منحنيةً عند دخولها من ثقوب صغيرة .
- التشوش : ظهرت هذه الخاصية عندما قام العالم توماس بتجربة الثُقب التقليدية ؛ حيث يمرر الضوء من خلال ثقبين قطرهما اقل بكثير من المسافة بينهما بحيث تتداخل الموجات مع بعضها تداخلات هدامة وبناءة وتتكون مناطق ذات كثافة عالية واخرى ذات كثافة منخفضة تكاد تخلو من الموجات وهذا ما يدعى بالتشوش .
استخدامات الضَّوء
ابرز استخدامات الطيف الكهرومغناطيسي :
- تستخدم اشعة غاما في قضبان الوقود في محطات الطاقة النووية
- وتستخدم الأشعة السينية لرؤية ما داخل أجسامنا في الصور الطبقية
- ويمكن استخدام الضوء فوق البنفسجي لتطهير الأشياء وصناعة التلسكوبات التي ترصد أكثر النجوم نشاطًا وتحديد مناطق الولادة النجمية
- وتستخدم موجات الميكروويف لطهي الطعام
- وتسمح لنا الموجات اللاسلكية (الراديو) بالتواصل عبر مسافات كبيرة.
- النجوم الحمراء هي الأبرد و لا تبعث أبرد النجوم أي ضوء مرئي على الإطلاق ؛ ولا يمكن رؤيتها إلا من خلال التلسكوبات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء.
مصادر الضَّوء
مصادر الإشعاع الكهرومغناطيسي كثيرة ومتنوعة. عادة ما يتم تقسيم المصادر إلى فئتين ، طبيعية ومن صنع الإنسان. من أمثلة على المصادر الطبيعية للإشعاع هي الشمس ،النجوم المرصودة ، ونجوم الراديو ، والبرق ، وفي الواقع أي جسم موجود عند درجة حرارة أكثر من الصفر المطلق. وبعض مصادر الإشعاع التي صنعها الانسان هي متوهجة مثل الأضواء ، والسخانات ، وأشعة الليزر، الراديو والتلفزيون ، ورادارات ، وأنابيب أشعة سينية. هناك نوعان من الأطياف مهمان في الضوئيات: أطياف الانبعاث وأطياف الامتصاص. طيف الانبعاث هو من الضوء المنبعث من المصدر. طيف الامتصاص هو ناتج من الضوء الذي يمرّ داخل جسم يمتص الضوء . جميع المواد ذات درجات الحرارة فوق الصفر المطلق تصدر إشعاعات كهرمغنطيسية. كل ذرة أو جزيء لديه مجموعة مميزة من الخطوط الطيفية الخاصة به وتميزه عن باقي العناصر أو الجزيئات .
