بحث عن الضوء وطاقة الكم
كانت تصورات رذرفورد الأولية للذرة تفترض توازن الشحنة ووجود كتلة مركزة موجبة في النواة تحيط بها الإلكترونات السالبة. هذا التصور كان غير كاف للإجابة عن أسئلة هامة أحيرت العلماء، مثل كيفية ترتيب الإلكترونات في الفراغ حول النواة، ولماذا لا تنجذب الإلكترونات السالبة للنواة الموجبة، وكيف يمكن تفسير التشابه والاختلاف في السلوك الكيميائي للعناصر. بدأ العلماء في حل هذا اللغز في أوائل القرن التاسع عشر، عندما لاحظوا أن بعض العناصر تنبعث منها ضوء مرئي بعد تسخينها، وبعد تحليل هذا الضوء، اكتشف العلماء وجود ارتباط بين سلوك العنصر الكيميائي وتوزيع الإلكترونات في ذرته .
يعتبر الضوء من أهم وأكبر مصادر الطاقة، حيث تستمد الأرض الطاقة من ضوء الشمس منذ الأزل، ولا يمكن العيش بدون النور. ومن أجل فهم العلاقة بين الضوء والطاقة، يجب علينا فصل كل منهما ودراستهما بشكل منفصل ثم البحث عن العلاقة بينهما
الضوء
الضوء هو نوع من الأشعة الكهرومغناطيسية حيث يوجد في جزء محدد من الطيف الكهرومغناطيسي، ويكون واضحا للعين البشرية وتكون موجاته بين 380 إلى 730 نانومتر أي بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، ويمكن للإنسان رؤيته، ولكن هذا التعريف ينطبق على الضوء المرئي لأن الأشعة الضوئية لا تقتصر على ما يراه الإنسان فقط، بل تتجاوز ذلك .
تعد الشمس المصدر الرئيسي للنور على كوكبنا، حيث تصل الطاقة المنبعثة من الشمس للمساهمة في تكوين السكريات في النبات، ويعرف ذلك بعملية التمثيل الضوئي، واعتمد الإنسان قديما على النار للحصول على النور، وبعد ذلك اعتمد على المصابيح والإضاءة الكهربائية، كما أن هناك أربعة حيوانات تصدر ضوءا من أجسادها مثل اليراعات وبعض أنواع من الحبار، كما تعد الانبعاثات الحرارية شكلا من أشكال مصادر النور، حيث يكون انبعاث الحرارة فيها من جميع الاتجاهات ولا تحتاج لوسط ناقل .
نبذة تاريخية عن الضوء
وصل الأغريق إلى أول النظريات المتعلقة بالضوء، وظلت تلك النظريات سائدة دون أي دليل علمي، وكان للعلماء المسلمين في القرون الوسطى دور رئيسي في التحقق من صحة تلك النظريات. وبرز دور العالم المسلم الحسن بن الهيثم، الذي أثبت الشروحات الطبيعية للضوء واكتشف وظيفته الأساسية، كما قدم شروحا عن المرايا وشرح حالة الكسوف والخسوف، وأسس علم البصريات وشرح عملية الرؤية .
ما هي طبيعة الضوء
مناقشة العلماء لم تنته في آلاف السنين حول ما إذا كان الضوء نوعا من الأمواج أم لا، حتى جاء إسحاق نيوتن في القرن السابع عشر وأعلن أن الضوء هو تيار متصل من الجسيمات، ولكن العالم الهولندي كريستيان هيوغنز قد اعترض على ذلك وقال إن الضوء هو موجات. وما زالت الجدل حول طبيعة الضوء قائمة حتى اليوم، وذلك بسبب أن الضوء يتمتع بصفات الموجة مثل الانعكاس، وفي الوقت ذاته يحمل تيارا متصلا من الجسيمات. وقد توصل علماء الفيزياء في القرن العشرين إلى أن الضوء يمكن اعتباره جسيمات وموجات في نفس الوقت، وتسمى هذه الخاصية بتفرد موجة الجسم .
الطاقة
هي صورة من صور خلق الله تعالى، وهي موجودة ولا يمكن لأحد إنكارها. ويمكن أن تنتج إما من المادة، أو أن المادة هي التي تنتج منها. يمكننا رؤية مفعولها بأشكال مختلفة، مثل الطاقة الحركية والطاقة الحرارية والطاقة الإشعاعية والطاقة الكهربائية، والطاقة النووية وغيرها الكثير. في عام 1905م، أثبت العالم آلبرت آينشتاين نظرية النسبية، وقال إن المادة والطاقة وجهان لعملة واحدة .
ما هي علاقة الضوء بالطاقة
يشاع أن الضوء يتكون من جسيمات الفوتونات التي تنطلق في الفراغ. هذه الفوتونات هي نوع من أنواع الطاقة الإشعاعية التي تنشأ عندما يقفز أحد الإلكترونات الموجودة في الذرة من مستوى أعلى إلى مستوى أدنى، وعندئذ ينطلق الإلكترون طاقة إشعاعية تحمل موجة محددة. هذه الموجة تظهر على شكل الفوتونات المذكورة، ويحدث ذلك فقط بعد إثارة الإلكترون وتعرضه لنوع من أنواع الطاقة مثل الحرارة. وبالتالي، يكون الضوء والطاقة مرتبطين بشكل وثيق ولا يمكن فصلهما، وبدونهما لا يمكن وجود الحياة على الأرض. وتكون العلاقة بينهما كما يلي
من الناحية البيولوجية، تعتمد الكائنات الحية على الضوء والطاقة، فبدون الضوء لا يمكن توفير الطاقة اللازمة، ويوفر الضوء للنباتات الطاقة اللازمة لعملية التمثيل الضوئي التي توفر لنا الطاقة اللازمة لاستمرار حياتنا كبشر .
وفقا للنظرية النسبية، الشكل الفيزيولوجي يشير إلى أن الضوء والطاقة وجهان لعملة واحدة، وأن الطاقة لا تفنى ولا يمكن إنشاؤها من العدم، لذلك لا يمكن خلق الضوء من غير طاقة .