الضوء

الضوء light ضرب من الأمواج الكهرمغنطيسية تقع أطوال موجاته بين 0.4 ميكرون و 0.7 ميكرون، بل قد يكون الأصح أنه المجال الذي تستجيب له وتتحسس به العين. ويستخدم اللفظ ذاته للدلالة على الأضواء ذات الأطوال الموجية المجاورة لهذين الحدين ـ وهي أضواء لاتتحسس بها العين ـ وهما الضوء فوق البنفسجي UV، والضوء تحت الأحمر[ر] IR. ولتمييز ضوء من آخر يستعمل إضافة إلى طول الموجة، التردد frequency مقدراً بالهرتز Hz، والعدد الموجي وواحداته مقلوب طول. ويرتبط طول موجة الضوء بلونه، ويقال عن ضوء بأنه وحيد اللون monochromatic إذا كان طول موجته واحداً.

ثمة صفة أخرى مهمة للضوء هي درجة ترابطه coherence، وهي ترتبط بدرجة استقطاب الضوء وبوحدانية لونه، وتعكس مقدرة الضوء على تداخله بعضه مع بعضه الآخر. وهكذا ترتبط صفة ترابط الضوء بخاصية التداخل[ر] في الضوء.

الضوء طاقة تنتشر بسرعة تقارب 300 ألف كيلو متر في الثانية الواحدة. ويمكن النظر إليه على أنه تدفق جسيمات تدعى فوتونات photons أو على أنه ظاهرة موجية. ومن المفيد النظر، في الحالة الأخيرة، إلى أن انتشار الضوء يتم على هيئة صدور أمواج wave fronts، كما تنتشر الأمواج على سطح ماء راكد، بحيث تكون جميع النقاط الواقعة على صدر موجة في حالة اهتزازية واحدة. وينتشر الاهتزاز باتجاه عمودي على صدر الموجة، بحيث تنطلق الفوتونات باتجاه انتشار الاهتزاز.

يتصف الضوء ـ إضافة إلى ما سبق ـ بصفات أخرى، مثل درجة استقطابه ونوعيته واتجاه انتشاره وشدته. ويجري الحديث عن ضوء مستقطب خطياً linearly polarized وضوء مستقطب دائرياً circularly polarized.

.

اللون والطول الموجى

اختلاف الطول الموجى يمكن ملاحظة بالعين ثم يترجم داخل العقل للون من الآحمر طولة الموجى 700 nm البنفسج أقصر طول موجى حوالى 400 nm وبينهم تردد مختلف للون البرتقالى ،الآخضر ،الأزرق.

الطول الموجى للطيف الكهرومغناطيسى خارج مجال رؤية العين يطلق علية الأشاعة فوق البنفسجية والأشاعة فوق الحمراء تستطيع بعض الحيوانات في بعض الأطوال الموجية المرتفعة الرؤية مثل النحل تعرض الجلد لأشعة الفوق بنفسجية UV لفترة طويلة يمكن أن يسبب حروق الشمس أو سلطان الجلد ،و نقص التعرض يسبب نقص فيتامين د.

طبيعة الضوء

غالبا ما يقصد بالضوء الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي، و من الممكن ايضا ان يقصد به اشكال اخرى من الاشعاع الكهرومغناطيسي. الابعاد الثلاثة الاساسية للضوء (وكل اشكال الاشعاع الكهرومغناطيسي) هي الشدة (او المطال) و اللون (او التواتر) و الاستقطاب (او زاوية الاهتزاز). نتيجة لثنوية موجة-جسيم، يبدي الضوء سلوك الدقائق و الامواج.

سرعة الضوء

سر = طم . ن

سر هي سرعة الضوء، طم هي طول الموجة، و ن هي التواتر.

عند انتشار الضوء في الخلاء، من الممكن كتابة السرعة سض بالشكل:

سض = طم . ن

و بالتالي من الممكن كتابة سرعة انتشار الضوء بوسط ما بدلالة سرعة انتشاره بالخلاء:

سر = سض / ثا

حيث ثا هو ثابت يتعلق بالوسط الذي ينتشر فيه الضوء و يدعى بقرينة الانكسار.

سرعة الضوء في الخلاء

حسبت سرعة الضوء بالفرغ و كانت القيمة المحسوبة 299،792،458 متر في الثانية، اما عند مرور الضوء في اوساط شفافة فان سرعته تقل كما انه من الممكن ان يتعرض للانكسار والانعكاسحسب طبيعة الوسطين اللذين يعبرهما.

موجة ضوئية

ما هو الضوء: الضوء طاقة تنتشر بسرعة تقارب 300ألف كيلو متر في الثانية الواحدة. ويمكن النظر إليه على أنه تدفق جسيمات تدعى فوتونات photons أو على أنه ظاهرة موجية. ومن المفيد النظر، في الحالة الأخيرة، إلى أن انتشار الضوء يتم على هيئة صدور أمواج wave fronts، كما تنتشر الأمواج على سطح ماء راكد، بحيث تكون جميع النقاط الواقعة على صدر موجة في حالة اهتزازية واحدة. وينتشر الاهتزاز باتجاه عمودي على صدر الموجة، بحيث تنطلق الفوتونات باتجاه انتشار الاهتزاز.

كان ولازال إهتمام علماء الفيزياء منصبا على معرفة مكونات المادة و القوانين التي تصف مختلف التفاعلات المتبادلة فيما بينها. البداية الفعلية كانت أعمال نيوتن حول الجاذبية, والمبنية أساسا على أعمال كبلر في رصد الكواكب. منذ ذاك الحين أمكن إنشاء نموذج لحركة كواكب المجموعة الشمسية حول الشمس. العمل الثاني لنيوتن كان يتعلق بالضوء فقد شكل إهتمام نيوتن بالميكانيك دافعا شديدا لتفسير تركيبة الضوء على أساس ميكانيكي بحت. لقد افترض نيوتن ان الضوء عبارة عن جسيمات صغيرة تسير وفق خطوط مستقيمة ما لم يعترضها مانع ما.

من الناحية التجريبية فقد كانت خواص الضوء ، كالإنعكاس على سطح مصقول و الإنكسار على سطح الماء, معروفة في ذلك الوقت لذا كان على نيوتن إعطاء تفسير لهذه الظواهر على أساس نظريته الجسيمية.

حسب نيوتن فإن انعكاس الضوء على السطوح المصقولة بحيث تكون زاوية الإنعكاس تساوي زاوية الورود سببه التصادم المرن لهذه الجسيمات وارتدادها بنفس كمية الحركة. أما إنكسار الأشعة الضوئية, فقد فسره بإختلاف القوى المؤثرة على الجسيم في كلا الوسطين.

لقد لاقت أفكار نيوتن نجاحا في أول الأمر لكن سرعان ما أكتشفت ظواهر جديدة تناقض هذه الأفكار: لعل أهمها يتلخص في ظاهرةإنتشار الضوء, حيث إذا ما سلطنا منبع ضوئي على حاجز به ثقب فالملاحظ على شاشة وراء هذا الحاجز ظهور بقعة ضوئية أعرض من الثقب و يزداد حجمها كلما ابتعدنا عن الثقب.

هذا يتعارض كلية مع فرضية نيوتن فإذا افترضنا أن الضوء عبارة عن جسيمات تسير في خط مستقيم فإن ذلك يعني أن حجم البقعة الضوئية سيساوي حجم الثقب لأن الحاجزسوف يمنع الجسيمات التي لم تمر عبر الثقب من العبور .

هذا دفع هويغنز إلى نتيجة أن الضوء عبارة في الحقيقة عن أمواج تنتشر في الفضاء بحيث كل نقطة من صدر الموجة تصبح بدورها منبع لموجة أخرى .

ثم جاء إكتشاف آخر ليدعم فرضية الطبيعة الموجية للضوء ألا وهو ظاهرة التداخل في تجربة شقي يونج, حيث تسلط حزمة ضوئية على حاجز به شقين أبعادهما من رتبة بضع ملمترات والمسافة بينهما بضعة سنتمترات, خلف الحاجز وضعت شاشة مشاهدة للأشعة العابرة للشقين .

لقد كانت نتيجة التجربة مذهلة فقد لوحظ على الشاشة مساحات مضيئة والأخرى مظلمة بحيث يكون ظهورها متناوبا أي مضيئ مظلم مضيئ مظلم وهكذا…. أثر الظاهرة كان أوضح كلما كان حجم الشقين أصغر ويختفي تماما إذا ما زاد حجمهما عن بضع عشرات من المليمترات