تفسير طبيعة الضوء من وجهة نظر العلماء

2011 مكتبة الفيزياء أسس فيزياء الكمّ

إدوارد ويليت

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

طبيعة الضوء الفيزياء

أدرك العلماء في نهاية القرن الثامن عشر أن العالَم المرئي مكوّن من جسيمات غير مرئية.

واعتقدوا أيضاً أن هذه الجسيمات التي يُطلق عليها اسم "الذرّات" تخضع لقوانين فيزيائية واضحة، وكان إسحاق نيوتن أول من وضّح هذه القوانين في كتابه "المبادئ" المنشور في العام 1687.

كان العلماء متيقنين تماماً من تلك المفاهيم، حتى إن الفيزيائي الفرنسي بيير سيمون لابلاس (1749-1827)

 

ادّعى في نهاية القرن الثامن عشر أنه إذا ما توافرت لدينا قدرات حسابية غير محدودة ومعرفة تامة بمكان وكتلة وسرعة جميع الجسيمات خلال لحظة ما فإننا نستطيع استخدام معادلات (نيوتن) للتنبؤ بالمستقبل.

غير أن بعض المسائل كانت بحاجة للحلول، ومنها المسألة المتعلقة بطبيعة الضوء.

فقد أشار نيوتن إلى أن الضوء قد يتكوّن من جسيمات دقيقة، أو ما أطلق عليه اسم "الجسيمات الضوئية"، ثم استنتج أنه إذا كانت المادة مكوّنة من جسيمات (ذرّات)، فلِم لا يتكوّن الضوء أيضاً من الجسيمات؟

غير أن علماء آخرين جاؤوا بأفكار مختلفة، وعلى سبيل المثال اعتقد العلماء الهولندي كريستيان هيوجينز (1629-1695)، الذي عاصر نيوتن، أن الضوء يتبع سلوكاً مشابهاً لحركة الموجات .

 

كي نفهم السبب الكامن وراء أهمية طبيعة الضوء لابدّ لنا من فهم أوجه الاختلاف بين الجسيمات والموجات، ومن السهولة بمكان فهم الجسيمات، إذ إن الجسيم أساساً عبارة عن جسم منفصل

ويمكننا أن نتصور الجسيم وكأنه كرة بيسبول، أو مكعب بناء كتلك المكعبات التي يلعب بها الأطفال. 

ويشغل الجسيم حيّزاً واحداً محدداً في الفراغ بحيث تتركز طاقة الجسيم كلها داخل هذا الحيّز، وإذا ما تسنى لنا مراقبة أحد هذه الجسيمات سنتمكن من تحديد مكانه والتأكد فيما لو كان هذا الجسيم متحركاً.

 

أما الموجة فهي مختلفة تماماً؛ لأنها تُمثل شكلاً من أشكال المادة (أو الطاقة أو كليهما) الممتدة على حجم من الفراغ، وإن الموجات تحيط بنا من كل جانب

ومن أشكالها المألوفة تلك التي نراها في البحيرات أو البحار، والتي تسمى الأمواج المائية، كما أن اهتزاز أوتار الجيتار يشكل موجة معدنية أو بلاستيكية، في حين يشكل الصوت موجة هوائية.

وهناك طرق عديدة لقياس الموجات، "فالطول الموجي" هو المسافة بين قمتين أو أعلى طرفين لموجتين متتاليتين، أما "التردد" فهو عدد الموجات التي تعبر نقطة محددة خلال فترة زمنية معينة. 

 

في حين تبين "سعة الموجة" مدى التغير الذي يطرأ على الموجة مقارنة بالمستوى الطبيعي للوسط المستقر، سواء كان ذلك بالنسبة لقمة الموجة أم قاعها.

وبعبارة أخرى، تتمثل سعة موجة الماء على بحيرة ما بارتفاع قمم هذه الموجة أو عمق قيعانها بالنسبة لمستوى سطح الماء خلال يوم هادئ تماماً.

 

وعلى عكس الجسيم، يمكن للموجات أن تمتد على مساحة هائلة؛ لأن الموجة لا توجد في موقع واحد، وإنما تنتشر حيثما تكون قممها وقيعانها.

إذاً أيهما يمثل الضوء، الجسيم أم الموجة؟

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]