يشير مصطلح الضوء في الفيزياء إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يحدث داخل جزء معين من الطيف الكهرومغناطيسي، ويشتهر بكونه واضحا بشكل كبير للعين البشرية، وعدد موجاته يتراوح بين 380 و730 نانومتر، ويعتبر الشمس مصدره الأساسي.
تساهم طاقة أشعة الشمس في إنتاج السكريات داخل النباتات الخضراء بفعل البناء الضوئي، وسوف نتعرف في هذا المقال على مفهوم الضوء وأهم خصائصه في الفيزياء، بالإضافة إلى طرق قياس الضوء بسهولة.
تعريف الضوء في علم الفيزياء
يعد الضوء نوعا من الأمواج، وقد نجحت نظرية هوغينز في تفسير ظاهرة الانعكاس والانكسار للضوء، وفي عام 1801، أكد توماس يونغ أن الضوء يتكون من موجات من خلال التداخل، وهذا يتسبب في انخفاض درجة الضوء بشكل كبير وربما يؤدي إلى اختفائه تماما. وفي عام 1873، دعم ماكسويل النظرية الموجية للضوء وتمكنت هذه النظرية من تفسير العديد من الظواهر الضوئية، ولكنها فشلت في تفسير الظاهرة الكهروضوئية.
خصائص الضوء في الفيزياء
يتسم الضوء في علم الفيزياء بخصائص معينة تتمثل أهمها في:
1- خصائص بصرية كالإنعكاس وكذلك الإنكسار والإستقطاب والإنتشار، وغيرها من الخصائص الأخرى، وانعكاس الضوء قد يكون منتظم في حالة سقوط الأشعة الضوئية على سطح مستوي كمرأة مستوية وغيرها من الأشياء المستوية، وقد يكون هذا الإنعكاس غير منتظم في حالة سقوط الأشعة الضوئية على سطح غير مستوي كالورق والألواح الخشبية المختلفة.
2- الخصائص الموجية: يتكون الضوء من موجتين، كهربائية ومغناطيسية، وبالتالي يتمتع الضوء بنفس الخصائص التي تميز الموجات الأخرى، حيث يتميز بتردد يعرف بعدد تكرار الموجة لنفسها في وحدة الزمن، ويتميز التردد بطول موجي يتم قياسه بالمسافة بين القمة والقاعدة المتتاليتين، بالإضافة إلى السعة.
كيف يتم قياس الضوء
تمت محاولات عدة لقياس سرعة الضوء منذ القدم، وربما تضمنت إحداها قانون السرعة الذي يقسم المسافة على الزمن. ومن بين أهم هذه المحاولات محاولة جاليليو ومحاولة رومر لقياس الضوء. ومع ذلك، فإن أفضل محاولات قياس الضوء تعتمد على استخدام الليزر والساعات الذرية. ولكن بعد عام 1970، تطورت الليزر والساعات الذرية بشكل كبير، مما دفع إلى إعادة قياس سرعة الضوء بدقة أكبر.
ومن الملاحظ أن سرعة الضوء لا تمثل مقدارًا ثابتًا وخاصًة أن الضوء ينتقل من مكان إلى آخر من خلال الموجات، ويشبه بذلك الصوت، وبالتالي فإن سرعة الضوء تتأثر بشدة بنوع الوسط الذي يمر به الضوء، ولذلك فلا يوجد أي شيء يمكن أن يسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء في الفراغ.
ولكن في حالة مرور الضوء في وسط أخر غير الفراغ فبالتأكيد سوف يؤثر ذلك على سرعته، ففي حالة مرور الضوء في الهواء الذي يوجد به غبار فسوف يؤثر ذلك على سرعته نتيجة إصطدام موجات الضوء بجزئيات الغبار، وسوف يصاحب ذلك حدوث إنخفاض شديد في سرعة الضوء، أي أن سرعة الضوء تتناسب طردي مع الوسط المحيط بها وبالتالي فلا يمكن التعبير عنها بطريقة ثابتة.