أهمية الضوء وتكنولوجيات الضوء في حياة سكان العالم وفي تنمية المجتمع العالمي في المستقبل على كثير من المستويات – فما مدى أهمية الضوء؟ – الجمعية العامة للأمم المتحدة

إن الجمعية العامة للأمم المتحدة، تسلّم بأهمية الضوء وتكنولوجيات الضوء في حياة سكان العالم وفي تنمية المجتمع العالمي في المستقبل على كثير من المستويات، وتشدد على أن الرفع من مستوى الوعي والتثقيف على الصعيد العالمي بعلوم الضوء وتكنولوجياته أمر بالغ الأهمية للتصدي لعدد من التحديات، من قبيل التنمية المستدامة والطاقة والصحة المجتمعية، وكذلك لتحسين نوعية الحياة في كل من البلدان المتقدمة النمو والبلدان النامية.

وتعتبر تطبيقات علوم وتكنولوجيات الضوء بالغة الأهمية لما احرزته من تقدم في عدد من اﻟﻤﺠالات، منها الطب والطاقة والمعلومات والاتصالات والألياف الضوئية والزراعة وعلم الفلك والهندسة المعمارية والحفريات الأثرية والترفيه والفن والثقافة، وكذلك في العديد من الصناعات والخدمات الأخرى، كما تساهم في تحقيق أهداف النمو والرفاهية في المجتمع.

وستكون 2015 السنة الدولية للضوء وتكنولوجياته منبرا ودعوة عامة لجميع الدول والاطراف الفاعلة في اتخاذ القرارات على الاستفادة من السنة الدولية للتشجيع على اتخاذ إجراءات على جميع المستويات، من خلال التعاون الدولي، لزيادة الوعي لدى الجمهور بأهمية علوم الضوء والبصريات وتكنولوجياته، وتوسيع نطاق الوصول إلى المعارف الجديدة وما يتصل بذلك من أنشطة؛

هذا وقد شكلت منظمة الأمم المتحدة للتربية والعلوم والثقافة (اليونسكو) مجموعة “ابن الهيثم” لتعمل على تنسيق برنامج حول  “مساهمة العلماء المسلمين في علم البصريات”  والذي سيضم مجموعة من الأنشطة والفعاليات على مستوى العالم لإبراز دور هؤلاء العلماء وعلى رأسهم ابن الهيثم في تأسيس علم الضوء، حيث أنه من المعلوم أن كتاب “المناظر” لابن الهيثم يعتبر الأساس واللبنة الاولى لعلم الضوء ومفاهيمه الحديثة، والذي وضع الأساس التجريبي لهذا العلم.  وقد وضع هذا الكتاب في العام 1015 أي قبل ألف عام، وعلى ذلك كانت هذه السنة (2015) هي احتفال بمرور ألف عام على تأسيس علم الضوء بمفهومه العلمي التجريبي.

اما فيما يخص الجزائر فستحضن السنة الدولية للضوء وتكنولوجيات الضوء بتنظيم طيلة السنة وفي مناطق متعددة أحداث وتظاهرات ومحاضرات وندوات ومعارض وعروض حول الضوء، كما ستثمن “سنة 2015، سنة الضوء في الجزائر” قدرات الضوء على إيجاد حلول لكبرى التحديات العصرية المتمثلة في الطاقة والتربية والاتصال والفلاحة والصناعة والثقافة والصحة، وتندرج في إطار التنمية المستدامة.

لماذا علوم وتكنولوجيات الضوء بالغة الأهمية

يؤدي الضوء دورا أساسيا في أنشطة البشر. فهو يشكل عند أبسط مستوى، من خلال التمثيل الضوئي، مصدر الحياة نفسها وقد أحدثت التطبيقات العديدة للضوء ثورة في المجتمع من خلال الطب والاتصالات والترفيه والفنون والثقافة. وتعد الصناعات القائمة على الضوء محركات اقتصادية رئيسية وتفي التكنولوجيات التي تستند إلى الضوء باحتياجات البشر على نحو مباشر من خلال توفير فرص الانتفاع بالمعلومات، وتيسير صون التراث الثقافي، وتعزيز التنمية المستدامة، والارتقاء بصحة المجتمع ورفاهه.

وتقدم التكنولوجيات القائمة على الضوء عددا متزايدا من الحلول مما يتيح التصدي للتحديات العالمية الراهنة في مجموعة من المجالات والتي ذكرناها سالفا. وبما أن الخصائص الفيزيائية للضوء أصبحت أحد أهم الفروع العلمية المشتركة بين العلوم والهندسة في القرن الحادي والعشرين، فلا بد ان يقدر المجتمع أهمية الدراسات العلمية المتصلة بالخصائص الفيزيائية للضوء وتطبيقات التكنولوجيات القائمة على الضوء في تحقيق التنمية المستدامة على الصعيد العالمي. ومن الأهمية بمكان أن تظل المهن العلمية والهندسية تستميل ألمع العقول الشابة ومن المهم ايضا بناء القدرات التعليمية في شتى أنحاء العالم من خلال أنشطة علمية وهندسية موجهة إلى الشابات والشبان.

تعرف على المزيد حول الضوء

يقصد بالضوء الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي، ومن الممكن ايضا ان يقصد به اشكال اخرى من الاشعاع الكهرومغناطيسي، ومن المعروف أن الطيف الكهرومغناطيسي ينبع من الشمس وتختلف تردداته من الأشعة تحت الحمراء والأشعة المرئية (الضوء) وهو الجزء من الأشعة الكهرومغناطيسية التي يتفاعل معها جهازنا البصري ويميزها، والقسم الثالث وهو الأشعة فوق البنفسجية.

الابعاد الثلاثة الاساسية للضوء (وكل اشكال الاشعاع الكهرومغناطيسي) هي الشدة (او المطال) واللون (او التواتر) والاستقطاب (او زاوية الاهتزاز). نتيجة لطبيعته (موجة-جسيم)، يبدي الضوء سلوك الدقائق والامواج بآن واحد، وتبلغ سرعة انتقال الضوء في الفراغ ما يساوي 300 ألف كيلومتر في الثانية.

ارتبط تفسير طبيعة الضوء بنظريتين فيزيائيتين، الأولى (النظرية الجسيمية – الدقائقية – لنيوتن) وتتحدث عن الجسيمات “particles”، و يتم التعبير عن جسيمات الضوء هنا بما يعرف بالـ “الفوتون” أو جسيم الضوء فائق السرعة فائق الصغر، والنظرية الثانية (النظرية الموجية للعالم الهولندي هيجنز) و تفسر الضوء باعتباره موجات “waves”، والحقيقة أن كلتا النظريتين تصلح لمجال معين من الدراسة وتحقق نتيجة صحيحة ضمن ذلك المجال ، وتفسير طبيعة الضوء في  نظرية واحدة فقط يعتبر تفسيرا قاصراً ومغلوطاً والصحيح ان الضوء ذو سلوك مادي وموجي بأن واحد .

مع التطور العلمي تعدّدت اكتشافات عناصر الطيف بعد ذلك لتتجاوز الألوان السبعة التي اكتشفها (نيوتن)، فبرزت في الساحة معطيات جديدة ليشمل الطيف نطاقاً واسعاً من الموجات غير المرئية التي تتفق مع موجات الضوء في كلّ خصالها وسلوكياتها، ولكنها تختلف فيما تحمله من طاقة، وتتمايز في أطوال موجاتها، وكـلّها أصبحت تنضوي تحت اسـم الطيف الكهرومغناطيسي.

وأصبح الـضـوء يـحتلّ منطقة ضيقة جدّاً من ذلك الطيف الكهرومغناطيسي الرحب، فهناك أشعة جاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية، وهي التي تحتل مرتبة أعلى في الطاقة وأقصر في طول الموجة من موجات الضوء، وأمـا الأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة (المايكرويف) وموجات الراديو فإنها تحتل موقعاً أدنى في الطاقة وأطول في طول الموجة من موجات الضوء.

وبوجود كل هذه الطاقة في الضوء، استغل الباحثون في هذا المجال “علم الضوء” لاستعماله في الكثير من المجالات، حتى أصبح هذا العلم هو الرائد في القرن 21، اذ اختلفت المجالات والعلوم التي عرفت نهضة وقفزة نوعية بفضل علوم وتكنولوجيات الضوء والتي اجابت على العديد من الاسئلة والاشكاليات الاساسية حول العالم وهذا على النحو التالي:

الاضاءة وعروض الضوء: وتتمثل اساسا في الانارة العامة والخاصة وعروض الشاشات وصولا الى العروض والتقنيات المستعملة في الانارة.

الاتصالات والمعلومات: وهذا في مجال الاتصالات البصرية والتي كانت سببا في احداث ثورة في عالم الانترنت، وجهاز المسح الضوئي والطابعة وأجهزة CD/DVD/Blu-ray وأجهزة التحكم عن بعد ذات الشفرة الخيطية.

الطب: تصحيح ضعف البصر وجراحة الليزر والتنظير الداخلي الجراحي وإزالة الوشم

الطيران: الجيروسكوبات الفوتونية

المجال العسكري: أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء، والقيادة والتحكم، والملاحة، والبحث والإنقاذ، وزرع الألغام والكشف عنها

البيئة: وتندرج ضمن علم القياس، التصوير بالأقمار الصناعية، وصناعة الطاقة الشمسية.

الصناعة والتصنيع: استخدام الليزر للحام والحفر والقطع وغير ذلك من الأساليب المختلفة لتعديل الأسطح.

الترفيه: عروض الليزر ومؤثرات الأشعة وفن التصوير ثلاثي الأبعاد.

ما هو علم الضوئيات

يتضمن علم الضوئيات (الفوتونية): علم وتكنولوجيا التوليد والتحكم في الفوتونات، توليد الضوء وانبعاثه وإرساله وتعديله ومعالجة إشاراته وتحويله وتضخيمه وكشفه/استشعاره. وبالتالي يؤكد مصطلح الضوئيات على أن الفوتونات ليست جسيمات ولا موجات -فهي مختلفة من حيث إن لديها طبيعة الجسيمات والموجات على حد سواء. وتشمل الضوئيات جميع التطبيقات التقنية للضوء عبر كامل الطيف من الأشعة فوق البنفسجية عبر الطيف المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء قريبة ومتوسطة وبعيدة المدى. وتأتي معظم التطبيقات، مع ذلك، في نطاق الأشعة تحت الحمراء المرئية والقريبة. وقد تطور مصطلح الفوتونية (الضوئيات) وذلك امتدادا للبواعث الضوئية الأولى من أشباه الموصلات التي تم ابتكارها في أوائل ستينيات القرن الماضي والألياف البصرية التي تم تطويرها في السبعينيات.

كلمة’ ضوئيات‘مشتقة من الكلمة اليونانية “photos” (صور فوتوغرافية) التي تعني الضوء؛ وقد ظهرت في أواخر الستينيات لوصف حقل بحثي كان هدفه هو استخدام الضوء لإنجاز المهام، والذي وقع بشكل تقليدي ضمن النطاق العادي للإلكترونيات، مثل الاتصالات السلكية واللاسلكية ومعالجة المعلومات وما إلى ذلك.

وبدأ علم الضوئيات كحقل علمي مع ابتكار الليزر في عام 1960. وتبع ذلك تطورات أخرى: منها الصمام الثنائي لليزر في السبعينيات والألياف البصرية لنقل المعلومات ومضخم الألياف المطعمة بالإربيوم. وشكلت هذه الاختراعات الأساس الخاص بثورة الاتصالات السلكية واللاسلكية في أواخر القرن العشرين وأتاحت البنية الأساسية لشبكة الإنترنت.

وخلال الفترة التي سبقت ما يعرف بأزمة فقاعة الإنترنت في عام 2001 تقريبا، انصب تركيز علم الضوئيات بشكل كبير على الاتصالات السلكية واللاسلكية. ومع ذلك، تغطي الضوئيات مجموعة كبيرة من التطبيقات العلمية والتكنولوجية، بما في ذلك: الصناعات القائمة على الليزر والاستشعار البيولوجي والكيميائي والتشخيصات والعلاجات الطبية وتكنولوجيا أجهزة العرض والحوسبة البصرية.

إن تطبيقات الضوئيات موجودة في كل مكان. وتشمل جميع المجالات بدء من الحياة اليومية وصولا إلى العلوم الأكثر تقدما، على سبيل المثال كشف الضوء والاتصالات السلكية واللاسلكية ومعالجة المعلومات والإضاءة وعلم القياس والموازين والتحليل الطيفي والتصوير الثلاثي الأبعاد والطب (العمليات الجراحية وتصحيح الإبصار و التنظير الداخلي والمراقبة الصحية) والتكنولوجيا العسكرية ومعالجة المواد بالليزر والفنون البصرية والبيوفوتونيك والزراعة والروبوتات.

اكتشف العالم الذي يحيط بك

يستخدم العلماء الضوء لدراسة مجموعة واسعة من المواضيع ، كإيجاد علاجات جديدة لأمراض باستعمال التكنولوجيا المبتكرة و التكنولوجيا المتقدمة، بحيث تساعدنا هذه التكنولوجيا على العثور على إجابات لبعض اصعب المشاكل التي تواجهنا في الحياة اليومية، حيث أصبحت تكنولوجيات الضوء المنفذ الرئيسي الذي يساعدنا على اكتشاف العالم الذي يحيط بنا و تخطي المشاكل اليومية للأفراد، كما أصبحت تكنولوجيات الضوء ضرورة تلحها التحديات التي تنتظرنا في المستقبل القريب كالتلوث البيئي مثلا و إيجاد مصادر أخرى للطاقة ،و هذا باستعمال الضوء كطاقة نظيفة تساعد الأجيال القادمة على الاستمرار في الحياة.

الاستعمالات والتطبيقات

نجد الضوء في كل مكان ونصادفه في عدة مجالات كما اننا نتأثر به حول انشطتنا اليومية اذ يساعدنا على توفير وسائل الترفيه والامن والتكنولوجيا والصحة واشياء كثيرة اخرى، لكن هل نعرف هذه المجالات التي تتضمن علوم وتكنولوجيات الضوء؟

الضوء في الطاقة والنقل

الطاقة الشمسية هي الضوء والحرارة المنبعثان من الشمس اللذان قام الإنسان بتسخيرهما لمصلحته منذ العصور القديمة باستخدام مجموعة من وسائل التكنولوجيا التي تتطور باستمرار. وتضم تقنيات تسخير الطاقة الشمسية استخدام الطاقة الحرارية للشمس سواء للتسخين المباشر أو ضمن عملية تحويل ميكانيكي لحركة أو لطاقة كهربائية، أو لتوليد الكهرباء عبر الظواهر الكهروضوئية باستخدام ألواح الخلايا الضوئية الجهدية بالإضافة إلى التصميمات المعمارية التي تعتمد على استغلال الطاقة الشمسية، وهي تقنيات تستطيع المساهمة بشكل بارز في حل بعض من أكثر مشاكل العالم إلحاحا اليوم. اذ يمكننا استغلال هذه الطاقة واستعمالها في عدة مجالات لا تكفينا هذه الاسطر للتحدث عنها واستخدام الطاقة الشمسية قد زاد بشكل كبير خلال العقد الماضي لتمهيد الطريق لمستقبل أكثر نظافة وأكثر استدامة كما أصبحت استثمارا حاسما في مستقبل أرضنا، مع تغير المناخ وندرة الموارد الطبيعية في العالم.

سيارات تعمل بالطاقة الشمسية: لقد كان اختراع سيارة تعمل بالطاقة الشمسية من أهم الأهداف في مجال الهندسة منذ ثمانينيات القرن العشرين، كما ا ن هناك بعض السيارات التي تستخدم ألواح الطاقة الشمسية للحصول على المزيد من الطاقة، لتستخدمها على سبيل المثال لتكييف الهواء والحفاظ على جو معتدل داخل السيارة، مما يقلل من استهلاك الوقود

قارب يعمل بالطاقة الشمسية: تم إنشاء أول قارب يعمل بالطاقة الشمسية في إنجلترا في عام 1975. وفي عام 1995، بدأت قوارب المسافرين التي تحتوي على اللوحات الفولتوضوئية في الظهور، والتي تُستخدم الآن بشكل شائع. أما في عام 1996، كان القارب “كينيتشي هوري” هو أول قارب يعمل بالطاقة الشمسية يعبر المحيط الهادئ، بينما كان القارب “صن 21 كاتماران” هو أول قارب يعمل بالطاقة الشمسية يعبر المحيط الأطلنطي في شتاء 2006-2007.

بغض النظر عن التكنولوجيات التي وصل اليها الباحثون في استخدام الضوء كطاقة متعددة الاستعمالات يجعلنا نجزم أن مستقبل الطاقة الشمسية في النقل والطاقة ليس ببعيد

الضوء في البيئة العمرانية

حسب وكالة الطاقة الدولية فان الانارة العمومية تستهلك ما يقارب 20 %من استهلاك الكهرباء في العالم، وعلى هذا يندرج دور الانارة في توفير الامن وتساعد الحصول على التعليم

وتحسين نوعية الحياة في المدن، فاقتضت الضرورة والحاجة في استخدام تقنيات

وتكنولوجيات جديدة تسمح لنا في زيادة الكفاءة والسيطرة على الطاقة لتلبي الاحتياجات

اليومية للأفراد. ويشكل مصممو الإضاءة مورداً هائلاً لحلول الإضاءة الابتكارية والعملية والميسرة اقتصاديا. وهم يفهمون دور الإضاءة في الهندسة المعمارية وتصميم الديكور الداخلي، ويعتمدون على خبرتهم ومعرفتهم الواسعتين في أجهزة وأنظمة الإضاءة لتحسين وتعزيز التصميم.

ومن المتوقع أيضاً أن تصبح تكنولوجيا الزجاج الشمسي الملوّن معياراً معتمداً في قطاع البناء والتشييد، على مدار السنوات المقبلة، خصوصاً عندما يؤخذ في الاعتبار النمو المتوقع في عمليات دمج التقنيات الشمسية في المباني الملونة. ومن المفترض أن تغدو هذه المباني، بشكل اختياري أو بالقانون، مستقلة من حيث إنتاج الطاقة.

ومن أجل الحفاظ على كفاءة عالية وتوفير المظهر الجمالي للزجاج على واجهات وأسطح المباني وتجهيزات المرافق، يخضع الزجاج لمجموعة من المعالجات تشمل زجاج المصفح على المستوى النانومتري، إضافة إلى معالجة السطح بطريقة متكاملة. وتتمثل النتيجة في الحصول على زجاج «كروماتيكس» المرتفع الكفاءة في التعامل مع طاقة الشمس. ومع إضافة ساتر يحجب ما في دواخل ألواح «كروماتيكس»، تصبح تلك الألواح أسطحاً لا  تعكس أشعة الشمس.

ويتمتع الزجاج الشمسي الذي يوّلد الكهرباء بمظهر جمال مستدام. ولا تلحق المواد المستخدمة في تلك التكنولوجيا ضرراً بالبيئة، كما تتيح للمباني المساعدة على تحقيق الاستدامة، عبر توفير واجهات وأسطح لإنتاج الطاقة الصديقة للبيئة.

وتنتج الشمس في دقيقة ما يكفي لإمداد سكان الأرض من الطاقة لمدة عام كامل. ويمكن للوح شمسي مُلوّن بتكنولوجيا «كروماتيكس» أن يولّد ما يزيد على 130 واطاً من طاقة الكهرباء لكل متر مربع على أسطح المباني، أو قرابة 100 واط لكل متر مربع على الواجهات. ويمكن لقرابة ألفي لوح شمسي متجمعة في مبنى واحد، توليد 200 كيلوواط من الطاقة  الكهربائية.

لقد جعلت التحسينات التي طرأت أخيراً على التقنية والتكنولوجيا والتعليم دور مصممي الإضاءة المحترفين حاسماً لنجاح مشاريع الإضاءة للهندسة المعمارية والمناظر الطبيعية.

اذ أصبح تصميم الإضاءة تمديداً مبتكراً للهندسة المعمارية – حيث يكون مصمم الإضاءة شريكاً صامتاً في الإضاءة، فيحسن الرؤية ويتمم الشكل والمظهر واللون. ووسيلة الإضاءة “مخفية” حتى تبلع شيئاً. وتستخدم الموهبة والخبرة والتقنية لإنشاء بيئة بصرية لإتمام وإسهاب أهداف المشروع.  كما يتم حالياً إدخال التطورات الجديدة في تكنولوجيات الإضاءة إلى الأسواق باستمرار. ولتزويد حلول التصميم الملائمة، على مصممي الإضاءة المحترفين حضور معارض مهنية وطنية ومراجعة معلومات وعينات المنتجات من مئات المصانع، والاطلاع على تقنية وتكنولوجيا التصميم كأساس لإنشاء حلول للإضاءة.

العلاج بالضوء

العلاج بالضوء هو طريقة لعلاج بعض الأمراض عن طريق التعرض لضوء الشمس أو لأطوال موجية معينة من الضوء باستخدام الليزر أو الصمامات الثنائية الباعثة للضوء أو مصابيح الفلورسنت أو المصابيح مزدوجة اللون أو ضوء شديد السطوح وكامل الطيف، وعادة يتم التحكم في هذا الضوء باستخدام أجهزة معينة، ويعرض المريض لهذا الضوء لفترة محسوبة من الوقت، وفي بعض الحالات يكون التعرض في أوقات معينة فقط من اليوم.

ومن الاستخدامات الشائعة للعلاج بالضوء علاج بعض أمراض الجلد، وبعض اضطرابات النوم والاضطرابات النفسية. فيستخدم العلاج بالضوء مثلاً في علاج حب الشباب ويرقان حديثي الولادة. كما يتم تعريض شبكية العين للضوء العلاجي لمعالجة اضطرابات إيقاع الساعة البيولوجية (circadian rhythm disorders)، ويستخدم العلاج الضوئي أيضاً في علاج الاضطراب النفسي الموسمي، وهناك من ينادي باستخدامه أيضاً في اضطرابات نفسية أخرى غير موسمية.

كما تمتد تطبيقات العلاج الضوئي إلى علاج الألم، وتعجيل التئام الجروح، ونمو الشعر، والوخز بالإبر الصينية، وتحسين خواص الدم ودورته. وتوظف في العديد من هذه الاستخدامات أشعة الليزر ذات القدرة المنخفضة والضوء الأحمر في نطاق 620-660 نانومتر.

ماذا تعرف عن الليزر

شقت أشعة الليزر طريقها في شتى حقول الطب بثبات وثقة. فمنذ اكتشاف هذا النوع من الأشعة في أواخر الستينات، اهتمت مراكز البحث الطبي بالاستفادة من هذه الأشعة الفريدة. ومن استمرار البحث الطبي والاهتمام بأشعة الليزر، تتضح كل يوم مجالات جديدة لاستخدام هذا الضوء في العلاج.

كلمة ليزر Laser لفظة أوائلية، مكونة من الحروف الأولى لاسم هذا النوع من الأشعة باللغة الإنكليزية. فالاسم الأم (الكامل) باللغة الإنكليزية هو Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. وباللغة العربية يكون: «تكثيف الضوء بحثّ انبعاث الإشعاع». اكتشف أشعة «الليزر» عالم الفيزياء الأمريكي «ثيودور ميمان» Theodore Maiman، في عام 1969. وكان توليد الأشعة على يدي «ميمان» من «الياقوت» ruby. ثم اتضح فيما بعد أنه يمكن توليد أشعة الليزر من المادة في حالاتها الثلاث: الصلابة والسيولة والغازية. أي يمكن توليدها من مادة صلبة مثل الياقوت، أو سائلة مثل الأصباغ العضوية (أي المحتوية على عنصر الكربون) أو من غاز مثل غاز ثنائي أكسيد الكربون. أشعة «الليزر» توصف بأنها «متجانسة»  (coherent). بغض النظر عن المادة المستخدمة في توليدها. ومعنى تلك الصفة (التجانس) أن جميع الأشعة الصادرة عن مادة بعينها يكون لها طول موجة واحد ودرجة شدة واحدة. إلا أن ذلك لا يعني ضمناً أن أشعة الليزر لها طول موجة ثابت كائنة ما كانت المادة المستخدمة في توليدها. إذ يختلف طول موجة الأشعة، وكذا لونها ودرجة شدتها من مادة إلى أخرى. ولكن الأشعة الصادرة عن أي مادة واحدة تكون لها خصائص ثابتة. عند توليد أشعة الليزر، يمكن إطلاقها من جهاز التوليد على هيئة شعاع دقيق (أي نحيل جداً). وبعض الأجهزة الحديثة تتمكن من إطلاق الشعاع على هيئة ومضات خاطفة، تستغرق الومضة الواحدة منها جزءاً من مليون جزء من الثانية الواحدة! (بعض الأجهزة الأحدث يمكنها إطلاق ومضات من أشعة ليزر بمعدل ألف مليون ومضة في الثانية الواحدة!). والتحكم في شعاع الليزر على هذا النحو له فوائد كثيرة عند التطبيق الطبي. أساس استخدام أشعة الليزر في حقل الطب هو أنها ضوء مكثف. ولأن الضوء صورة من صور الطاقة، فإن أشعة الليزر طاقة عالية. وعند تسليط الأشعة على الخلايا الحية، تنتج درجة حرارة عالية وموضعية ـ أي في الموضع الذي تسلط عليه الأشعة فحسب وليس في الجسم كله. تؤدي درجة الحرارة العالية إلى تبخير السوائل الموجودة في الخلايا وإلى تخثر البروتينات. (معظم مادة الخلايا الحية تتكون من البروتينات). وهو ما يسمى طبياً «تفحم الخلايا» (Cellular charring). وعلى الرغم من أن الخلايا المتفحمة تعتبر خلايا مدمرة (أي ميتة) إلا أن التفحم ليس احتراقاً. ويمتص الجسم بقايا الخلايا المتفحمة (البروتينات المتخثرة) ويبني مكانها خلايا جديدة في أسابيع قليلة.

في حقل العيون

تستخدم أشعة الليزر في طب العيون على نطاق واسع بسبب الخصائص المميزة للأشعة الفريدة. إذ يمكن توجيه شعاع ليزر إلى موضع لا يتجاوز حجم طرف دبوس الإبرة، مما يمكن من معالجة الموضع المصاب في العين دون تلف يذكر للخلايا المحيطة به. أهم استخدام لأشعة الليزر في طب العيون هو علاج أمراض الشبكية، خصوصاً تلك الناشئة عن مرض السكري. إذ يؤدي السكري غير الخاضع للعلاج إلى مضاعفات خطيرة في العينين.

امراض النساء

سرطان عنق الرحم من أنواع السرطان الشائعة عند النساء، ولا يسبقه على القائمة إلا سرطان الثدي. وقد أظهر البحث الطبي أن سرطان عنق الرحم يكون مسبوقاً بتحور في الخلايا الطلائية المبطنة لهذا الجزء من الجهاز التناسلي عند الأنثى. وظاهر من البحث الطبي كذلك أن إزالة تلك الخلايا أو عنق الرحم بأكمله، قبل نشأة السرطان فيها، يحول دون الكوارث المرتبطة بالسرطان، والمتمثلة في انتشار المرض الخبيث إلى أعضاء أخرى من الجسم، وفي القضاء على المريض ببطء ولكن دون رحمة! قبل أشعة الليزر، كان العلاج المطروح هو الاستئصال الجراحي، مع ما يترتب عليه من مضاعفات الجراحة. لذلك فإن إدخال أشعة الليزر إلى مجال علاج تحور الخلايا الطلائية المبطنة لعنق الرحم يعتبر انتصاراً كبيراً على السرطان. يستخدم غاز ثنائي أكسيد الكربون لتوليد أشعة الليزر المستعملة في هذه الحالة. وعادة يتم العلاج بالاستعانة بمنظار خاص، بعد حقن المريضة بمخدر موضعي. ويكون العلاج في جلسة واحدة تستغرق دقائق قليلة. وتصل نسبة النجاح إلى خمسة وتسعين في المائة.

استخدامات أخرى

يستخدم شعاع الليزر الناتج عن غاز ثنائي أكسيد الكربون في علاج أمراض الحلق، مثل إزالة الأورام الصغيرة، وحلمات الأحبال الصوتية التي قد توجد عند بعض الأطفال. وتعتبر أشعة لليزر في هذا الحقل أفضل بكثير من الجراحة. إذ تكون الجراحة مصحوبة بنزف دموي شديد بسبب غنى تلك المنطقة من الجسم (الحلق) بالأوعية الدموية، بينما تؤدي أشعة الليزر إلى التحام الأوعية الدموية المسببة للنزيف، نتيجة قدرة الأشعة على تخثير الخلايا الحية. كما أن الألم في الحلق بعد العلاج بأشعة الليزر أقل من الألم بعد الجراحة التقليدية. وقد أجريت دراسات على استخدام شعاع الليزر المولد من نيوديميم على علاج قرحة المعدة والاثني عشر. كما تجرى حالياً دراسات لتقييم استخدام أشعة الليزر في علاج أورام الأوعية الدموية والحالات المشابهة. فضلاً عن ذلك، هناك اتجاه متزايد نحو استخدام أشعة الليزر كبديل للمبضع (المشرط) في العمليات الجراحية التقليدية. يضاف إلى الاستخدامات الطبية الجديدة لأشعة الليزر مكسب من نوع آخر، هو زيادة شعبية العلاج بالضوء السحري، باعتباره وسيلة مأمونة من وسائل العلاج وبتكلفة معقولة. ولا يزال المستقبل مفتوحاً أمام استخدامات أكثر للعلاج بأشعة الليزر.

الضوء في علم الحياة

ان الضوء ضرورة في استكشاف أسس الحياة في بيئتنا اذ تعتمد علوم الطبيعة على تكنولوجيات الضوء بغرض معرفة وفهم أفضل لعالمنا والتي تشمل عدة تخصصات كالفيزياء، والكيمياء وعلوم الأرض، وبفضل تكنولوجيات الضوء توصل الباحثون الى فهم مسالة الجاذبية، ونشأة الكون، وتم استعمالها في الملاحة والأرصاد الجوية، وعموما فان الأدوات التي تم تطويرها من خلال تكنولوجيات الضوء تم استخدامها في ميادين علوم الحياة.

فاذا اخذنا عينة على ذلك، فان استعمال المجهر مثلا في المخابر والفصول الدراسية لرؤية أشياء صغيرة جدا لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، او الرؤية عبر التلسكوب الذي يساعدنا على رؤية وفهم الأشياء البعيدة في الفضاء او استعمال تقنيات الكاميرات عالية الدقة، كل هذه الوسائل وأخرى كثيرة ستساعدنا حتما على فهم وتطوير بيئتنا الطبيعية.

العالم قرية صغيرة بفضل الضوء !!

ان التداخل الذي حدث هذه الايام بين التطور السريع في الحاسوب والاتصالات يعد من المعالم الرئيسة التي سيكون لها أثر كبير على نمط الحياة في المستقبل. وتتميز الحواسيب والاتصالات بالسرعة الهائلة في تطورها من ناحية ودخولها في العديد من مجالات الحياة التي لم تكن متاحة من قبل. مع تطور علم الشبكات أصبح ” العالم قرية صغيرة ” تلك المقولة التي شاع استخدامها في القرن الماضي والتي كانت تحاط بالعديد من علامات التعجب والاستفهام وقد زال عنها هذا التعجب بعد أن اصبحت هناك قناعة شديدة عند الناس بان العالم بالفعل أصبح قرية صغيرة! تراكمت في جوانبه وفي سمائه العديد من المصائد والشباك تنتظر بلهفة أن تتصيد إحدى الاشارات المرسلة من هنا أو من هناك. تلك المصائد أو الشباك ما هي الا وسائل الارسال والاستقبال لمحطات البث الاذاعي والتليفزيوني مرورا بشبكات الهواتف المحمولة وصولا الي شبكات الكمبيوتر، ومما لا شك فيه أن أهمية استخدام الشبكات وبصفة خاصة شبكات الكمبيوتر يتزايد يوما بعد يوم في هذا العالم المتشابك المعقد الذي نحيا فيه. لقد أدي التطور التكنولوجي لبرامج الكمبيوتر الي انتشار استخدام الكمبيوتر في كافة مجالات الحياة حتى أنه لم يعد هناك مجال من المجالات الا وأصبح الكمبيوتر الشريك الرئيسي في أدارة وتنظيم العمل في هذا المجال. فهنا نستخلص انه بدون الضوء لا هاتف ولا جيل رابع 4G، ولا حتى الانترنت، فهل يمكن تصور عالمنا الحالي بدون ضوء؟

ما يجب أن تعرفه عن الألياف البصرية (Fiber Optics)

تعتبر الالياف الضوئية / البصرية تقنية حديثة رغم كونها استخدمت منذ مدة ليست بالقصيرة وهي تكنولوجيا قوية جدا في طريقها لمحو باقي انواع الربط، كالربط بالأسلاك النحاسية مثلا.

الالياف الضوئية هي عبارة عن شعيرات دقيقة (سمكها كسمك شعر الانسان) من الزجاج الرفيع والعالي الجودة تتجمع في شكل حزم لتعطي ليف ضوئي ثم يتم تجميع هذه الالياف لتعطي حزمة الياف ضوئية (كتجمع الليفيات العضلية لتعطي ليفا عضليا يتجمع على شكل حزم ليعطي عضلة في جسم الانسان).

لماذا نستخدم الألياف البصرية

لقد أحدثت الألياف الضوئية ثورة في عالم الاتصالات لتميزها على أسلاك التوصيل العادية فهي:

• أكثر قدرة على حمل المعلومات لان الألياف الضوئية ارفع من الأسلاك العادية فانه يمكن وضع عدد كبير منها داخل الحزمة الواحدة مما يزيد عدد خطوط الهاتف أو عدد قنوات البث التلفزيوني في حبل واحد. يكفي أن تعرف إن عرض النطاق للألياف الضوئية يصل إلى50 تيرا (أي 50 x 1,000,000,000,000) هرتز – 50THZ في حين إن أكبر عرض نطاق يحتاجه البث التلفزيوني لا يتجاوز 6 جيجا (أي 6 x 1,000,000,000) هرتز –  6Mhz.
• أقل حجما حيث أن نصف قطرها أقل من نصف قطر الأسلاك النحاسية التقليدية فمثلا يمكن استبدال سلك نحاسي قطره 7.62 سم بآخر من الألياف الضوئية قطره لا يتجاوز0.635 سم وهذا يمثل أهمية خاصة عند مد الأسلاك تحت الأرض.
• أخف وزنا فيمكن استبدال أسلاك نحاسية وزنها 94.5 كجم بأخرى من الألياف الضوئية تزن فقط 3.6 كجم.
• فقدان أقل للإشارات المرسلة
• عدم إمكانية تداخل الإشارات المرسلة من خلال الألياف المتجاورة في الحبل الواحد مما يضمن وضوح الإشارة المرسلة سواء أكانت محادثة تلفونية أو بث تلفزيوني. كما أنها لا تتعرض للتداخلات الكهرومغناطيسية مما يجعل الإشارة تنتقل بسرية تامة مما له أهمية خاصة في الأغراض العسكرية.
• غير قابلة للاشتعال مما يقلل من خطر الحرائق.

استخدامات الألياف البصرية

بسبب هذه المميزات فإن الألياف الضوئية دخلت في الكثير من الصناعات وخصوصا

الاتصالات وشبكات الكمبيوتر. كما تستخدم في التصوير الطبي بأنواعه وكذلك كمجسمات عالية الجودة للتغير في درجة الحرارة والضغط بما له من تطبيقات في التنقيب في باطن الأرض.

هناك أنواع حديثة للألياف البصرية اكتشفت مؤخرا وتسمى الألياف البلورية الفوتونية، لأنها تصنع من البلورات الفوتونية التي تتميز بنقل الضوء فيها بأقل خسارة.

تنقل البيانات بسرعات عالية جدا حيث تصل إلى أكثر من 100/ميقا بايت بالثانية.

كما نجدها تستعمل في مجالات أخرى مثلّ:

• المجال الطبي: إجراء العمليات الجراحية الدقيقة ويمكن رؤية أجزاء الجسم الداخلية مثل (تنظير المعدة)
• في مجال الاتصالات: وهو المجال الأوسع الذي يضم عشرات من التطبيقات مثل تطبيقات الاتصالات والتلفزيونات وغيرها.
• في مجال الهندسة الوراثية، حيث يمكن تفكيك الشفرة الوراثية ومنع الأمراض الوراثية كالسكري ومتلازمة داون وفقر الدم….
• في المجال العسكري، حيث انه من الصعب التجسس عليها وسحب الإشارة….

الضوء في الفن والثقافة

يتجلى دور الضوء في الابداعات الفنية والثقافية باعتباره علماً يخضع للعديد من القواعد والأصول. اذ أن للضوء في الصورة السينمائية مثلا منهجاً يعتمد على الضوء، والحقيقة أن فكرة المنهج، باعتباره الطريقة والأسلوب، هي فكرة تفرض ذاتها في مجالات البحث العلمي بصفة عامه ولكنها تفرض ذاتها أيضاً في غير قليل من مجالات الإبداع الفني، وتصبح مقبولة، بل مهمه في مجال الإبداع الفني الذي يرتبط ارتباطاً وثيقاً بالتقنيات العلمية البحتة، مثل التصوير الضوئي بصفة عامة، والتصوير السينمائي على نحو أكثر خصوصية، واستخدام الضوء كوسيلة للتعبير من خلال شكل فني خاص يجعلنا نقول ان فن الضوء، كوسيلة للتعبير، هو أحد فنون الدرجة الأولى كالموسيقى والشعر والعمارة والنحت …لخ.

الضوء وفن الهندسة العمرانية المعاصرة

اعتبر الضوء الطبيعي واحدا من أهم العوامل في العمارة فبدون إضاءة طبيعية للمباني تفقد العمارة معناها وتصبح أقرب إلى عمارة الأموات والجنائز منها إلى عمارة خاصة بسكنى ومعاش الإنسان. وارتباط الضوء الطبيعي بالعمارة ارتباط تاريخي تفرضه حاجة الإنسان إلى الضياء. هذا أمر بديهي غير أنه من الأهمية بمكان الإشارة إليه نظرا لأن الإضاءة الطبيعية في المباني المعاصرة ووسائل جلب الضوء إليها بحاجة إلى إعادة نظر فيها لإيجاد بيئة عمرانية أكثر تميزا إن النظر إلى النوافذ باعتبارها ثقوبا في حائط البناء لجلب الضوء تنم عن غياب أفكار أساسية في مجال التصميم المعماري. وبالتالي فإن حل مشكلة النوافذ إنما يأتي عبر تصاميم معمارية مميزة تأخذ في عين الاعتبار إدخال الضوء إلى المباني عبر عناصر معمارية مختلفة. والعمارة الحديثة مليئة بالنماذج الساطعة التي من الممكن الاستفادة منها في هذا المجال. حيث تأتي النوافذ إما كحوائط ومسطحات زجاجية أو أشرطة زجاجية عمودية تارة أو أفقية تارة أخرى أو عبر إخفاء هذه المسطحات الزجاجية خلف حوائط ارتداد أو سحبها إلى الظل أو إلى عمق البناء أو استحداث نظام إضاءة طبيعي من الداخل أما بطريقة الفناء المشابهة للفناء التقليدي أو عبر ملاقف ضوئية بالداخل. هذه بعض الأمثلة التي تخطر على البال من واقع ما يجود به تاريخ العمارة الحديثة. إلا أن طرق تصميم النوافذ كعناصر مكملة للتصميم لا يمكن حصرها وبالتالي فإنها تبقى من مهمات التصميم المعماري الخلاق.

الضوء في المسرح والرقص

يمكن استعمال الضوء في المسرح وفنون الرقص على عدة اشكال، اذ تلعب الإضاءة المسرحية الإطار او الشاشة التي ينبغي على الجمهور التركيز عليها وهذا لزيادة الاثارة او التعبير على مواقف مسرحية باستخدام المؤثرات الضوئية مما يعطي اثارة أكثر وحضور قوي للجمهور. وعموما فان استعمال تقنيات الضوء مهم جدا لتطوير الأداء واثارة مشاعر الحضور.

الضوء والتعليم

إن الضوء مادة أساسية للحياة. وإنه يغمرنا ويسهم في بناء خبرتنا في كل حين. وتبهرنا الطبيعة بعروضها التي يحملها الضوء، وبألوان أزهارها، وبِتَلوُّن فقاقيع الصابون كَتَلَوُّن قوس قزح، وبمناظر بسيطة أو بظواهر أكثر تعقيدا، كمغيب الشمس، وقوس قزح، والشفق القطبي الشمالي وغيرها.

إن قرب الضوء منا يوميا يجعله أداة تعليم مذهلة

إن فهم ماهية قوس قزح يجعلنا نكتشف أشياء أخرى جميلة فيه. ويعد فهم هذه الظواهر الضوئية انفتاحا طبيعيا نحو الفيزياء. وتَبْعَثُ العديد من الملاحظات والتجارب عَلَى التعجب، مع أنها بسيطة، وتُثير الاهتمام وتُعطي إجابات سريعة على مستوى كل فرد.

ويسمح لنا فهم أساس هذه الظواهر بفتح باب لولوج علم الضوء هذا، والمسمى الضوئيات. فندرك بسرعة أن الضوء ليس فقط موجودا في كل مكان، بل ويدخل أيضا في صنع العديد من الأشياء التي تقوم عليها حياتنا العصرية وفي سيرها، ويحدد بذلك معالم حياتنا.

وعلى نحو بسيط يجب تعميم مناهج تعليم الضوء وتكنولوجياته على المدارس وعامة الناس واثارة التشويق عن طريق العروض والملتقيات للتعرف أكثر على هذا العلم.

الضوء والاقتصاد

ان تقرير صناعة الضوئيات في عام 2013، التي نشرتها photonics21.org يؤكد التدابير والتغييرات الرئيسية في الصناعة بين 2005 و2020 ويهدف إلى إظهار أن صناعة الضوئيات هي صناعة ذات أهمية متزايدة على المستويين الوطني والعالمي.

خطوات جادة ومهمة تتخذها العديد من الدول والحكومات في سبيل اعتماد مصادر الطاقة النظيفة والمتجددة والتي أصبحت اليوم من أهم الاولويات لما لها من فوائد اقتصادية وصحية كبيرة لا يمكن الاستغناء عنها او تجاهلها، خصوصا بعد اتساع رقعة الاخطار و الاضرار الناجمة عن الاستخدام المكثف والمبالغ فيه للطاقة التقليدية التي تعتمد على الوقود الأحفوري المتمثل بالبترول ومشتقاته والفحم والغاز الطبيعي، التي اسهمت في حدوث كارثة بيئية يصعب السيطرة عليها مع استمرار انبعاثات تلك النفايات الضارة، وهوما أدى إلى البحث عن مصادر للطاقة البديلة والنظيفة تحقق التنمية المستدامة ولا تؤثر سلبا على صحة الإنسان و البيئة، وفي هذا الشأن فقد قال تقرير من وكالة الطاقة الدولية أن الكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة سترتفع بنسبة 40 بالمائة على مدى الاعوام الخمسة القادمة وهو ما سيجعلها تتفوق على الغاز الطبيعي مع توسيع الصين ودول نامية اخرى لقدراتها.

الجزائر تراهن على الطاقات المتجددة لإنعاش الاقتصاد

تكمن الأهداف الرئيسية التي سطرتها الجزائر لإنجاح برنامجها المتعلق بتطوير الطاقات الجديدة والمتجددة منها الصناعات الضوئية في تعزيز النسيج الصناعي المحلي لبلوغ نسبة إدماج وطني بأكثر من 80 بالمائة في غضون 20 سنة القادمة وتطوير القدرات الوطنية للهندسة.

وتتمثل الجوانب المستهدفة في إطار تنمية القدرات الصناعية الوطنية في مجال الطاقات الجديدة والمتجددة في الطاقة الضوئية الفولطية والشمسية. يمكن كسب هذا الرهان لاسيما مع بناء مصنع لإنتاج الصفائح الضوئية الفولطية بقدرة إنتاجية تقدر ب 120 ميغاوات سنويا من قبل سونلغاز من خلال فرعها الرويبة-إنارة، وأشار التقرير إلى أنه من المنتظر أن تبلغ نسبة الإدماج الوطني في المرحلة الممتدة من 2014-2020 /80 بالمائة. وعليه من المنتظر أن يتم بناء مصنع لإنتاج السيليسيوم.  علاوة على ذلك من المتوقع أن يتم وضع شبكة وطنية للمناولة لإنتاج تجهيزات ولوازم تستخدم في بناء محطة للطاقة الضوئية الفولطية (المموجات والبطاريات والمحولات والكوابل).  وخلال نفس المرحلة من المنتظر أن يتم إنجاز مركز لمطابقة التجهيزات الموجهة لمحطات الطاقات الجديدة والمتجددة حسبما تمت الإشارة إليه.  ويكمن الهدف في الفترة الممتدة من 2021-2030 في بلوغ نسبة إدماج تفوق 80 بالمائة من خلال توسيع قدرة إنتاج الصفائح الضوئية الفولطية إلى 200 ميغاواط سنويا.