بحث عن الطبيعة الموجية للضوء

حدثت مرحلة مهمة في تطور الكون بعد حوالي 300000 عام من الانفجار العظيم، عندما كانت درجة الحرارة باردة بما فيه الكفاية (حوالي 4000 درجة) لتكوين ذرات محايدة. قبل ذلك الوقت، كان هناك الكثير من الجزيئات المشحونة التي تمنح الضوء القدرة على السفر لمسافات قصيرة جدا. بعد تكوين الذرات، يمكن للضوء السفر لمسافات طويلة جدا. في الواقع، يمكننا اليوم استقبال “ضوء” عبارة عن موجات صغيرة سافرت لمسافة تزيد عن 13 مليار سنة. لفهم الطبيعة الموجية للضوء، يجب أن نفهم طبيعته وخصائصه أولا.

تعريف الضوء

الضوء يعتبر جزءا من الطيف الكهرومغناطيسي الذي يتراوح من الموجات الراديوية إلى أشعة جاما، وتتمثل هذه الموجات في تقلبات في الحقول الكهربائية والمغناطيسية، ويمكنها نقل الطاقة من موقع إلى آخر. وعلى الرغم من أن الضوء المرئي لا يختلف عن الأجزاء الأخرى من الطيف الكهرومغناطيسي، إلا أن العين البشرية هي التي تستطيع رؤية هذه الموجات المرئية.

يمكن وصف الإشعاع الكهرومغناطيسي على أنه تدفق من الفوتونات، والتي هي جسيمات عديمة الكتلة، وتسافر كل منها بخصائص تشبه الموجات بسرعة الضوء، حيث يعد الفوتون أصغر كمية من الطاقة التي يمكن نقلها.

لا يعد رؤية البشر للضوء مصادفة، فاكتشاف الضوء هو أداة قوية جداً لاستكشاف الكون من حولنا، وذلك نظراً لتفاعل الضوء مع المادة.

من خلال دراسة الضوء، يمكننا على سبيل المثال فهم تركيبة النجوم على بعد سنوات ضوئية، أو مشاهدة العمليات التي تحدث في الخلية الحية عندما تحدث.

خصائص الضوء

للضوء عدة خصائص ويمكن تلخيصها فيما يلي:

الخاصية الأولى : وهي خاصية الانكسار. تعتبر خاصية انكسار الضوء عن انحراف الموجات الضوئية عن مسارها عند عبوها الفضاء الفاصل بين مادتين شفافتين مختلفتين. ويشكل هذا الانكسار ظاهرة فيزيائية تفسر بتغير نظام الحركة التي يحدث عبر انتقال الموجات من وسط لوسط أخر يختلف عنه في الكثافة وينتج عن هذا تغير في الطول الموجي مع الحفاظ على نفس التردد.

الخاصية الثانية: تعتبر خاصية استقلاب الضوء من الخصائص المميزة. يتكون الضوء غير المستقطب من مجموعة من الموجات التي تتحرك في نفس الاتجاه مع اتجاهاتها الكهربائية المتقاطعة بشكل عشوائي حول محور الانتشار. أما الضوء المستقطب المستوي، فيتميز بأن اتجاه الاهتزاز هو نفسه بالنسبة لجميع الموجات. يمكن استقطاب الضوء عن طريق الانعكاس أو عن طريق تمريره عبر مرشحات مثل بلورات محددة، حيث ينتقل الاهتزاز في مستوى واحد ولكن ليس في مستويات أخرى.

الخاصية الثالثة: هذه الخاصية تعني انعكاس الضوء، حيث يحدث الانعكاس عندما يرتد الضوء عن سطح ما. وإذا كان السطح أملس ولامع، مثل الزجاج أو الماء أو المعدن المصقول، فإنه يكون موصلا جيدا للحرارة والكهرباء ويمكن صهره أو سحبه إلى صفائح رقيقة أو أسلاك، مثل النحاس.

الخاصية الرابعة: تداخل الضوء هي خاصية مهمة للموجات الضوئية، حيث تستطيع هذه الموجات أن تتداخل مع بعضها في ظروف معينة. يلاحظ معظم الأشخاص نوعا من التداخل البصري يوميا، ولكنهم لا يدركون كيفية حدوث هذه الظاهرة. فمن أفضل الأمثلة على التداخل هو الضوء المنعكس من الزيت العائم على الماء، وفقاعة الصابون هي مثال آخر عندما تتعرض لمصادر الضوء الطبيعية أو الاصطناعية وتعكس مجموعة من الألوان الجميلة.

الخاصية الخامسة : وهي خاصية انتشار الضوء. عندما يضرب شعاع الضوء سطحًا أملسًا، فإن معظمه ينعكس مرة أخرى بنفس التركيز. هذا الانعكاس البراق، يعطينا ضوءًا ساطعًا مباشرًا.عند انعكاس الضوء من المرآة، فإن زاوية انعكاس كل شعاع تساوي زاوية السقوط. عندما ينعكس الضوء من قطعة من الورق الأبيض العادي ، فإن الشعاع المنعكس مبعثر، أو منتشر. نظرًا لأن سطح الورقة ليس سلسًا ، يتم تقسيم الضوء المنعكس إلى العديد من أشعة الضوء المنعكسة في جميع الاتجاهات.

الطبيعة الموجية للضوء

الإشعاع الكهرومغناطيسي هو أحد الطرق الكثيرة التي يتم بها نقل الطاقة عبر الفضاء، فالحرارة الناتجة عن الحرائق المشتعلة وضوء الشمس والأشعة السينية التي يستخدمها الطبيب وكذلك الطاقة المستخدمة لطهي الطعام في الميكروويف، كلها أشكال من الإشعاع الكهرومغناطيسي، وعلى الرغم من إختلافها المظهري، فهي جميعا تظهر الطبيعة الموجية للضوء.

تباينت آراء علماء الضوء والفيزياء حول طبيعة الضوء، هل هو مجموعة موجات أم تدفق لجسيمات ضئيلة.

لقد أظهرت العديد من الظواهر الطبيعية أن الضوء يتميز بطبيعة موجية ، دون أن يتم نفي حقيقة أنه نتاج تدفق جسيمات.

وقد توصل علم الفيزياء إلى اتفاق بشأن إمكانية تفسير الضوء بالسلوك الموجي والجسيمي.

يمكن للضوء أن ينتقل في الفراغ دون الحاجة إلى أي عامل ناقل، ويتحمل أي طبيعة للضوء. وحتى الآن، تبقى سرعة الضوء الأكبر قوة كونية مقدرة بحوالي 300000000 متر في الثانية.