هل الضوء مادة ولماذا؟ منذ آلاف السنين، اختلف الفيزيائيون حول طبيعة الضوء، سواء كان مادة أو موجات كهرومغناطيسية، حيث استمر هذا التمييز لعدة قرون.
تعريف الضوء
- الضوء هو إشعاع كهرومغناطيسي ينتشر في نطاق معين من ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن رؤية هذه الإشعاعات بوضوح بالعين المجردة، على عكس الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
- إنها أيضًا حالة تنتشر بسرعة عالية جدًا تبلغ حوالي ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية، عندما ينتشر هذا الضوء كموجات اهتزازية.
- كما أن الطول الموجي للضوء الذي يمكن رؤيته بالعين المجردة يصل إلى حوالي 700000 نانومتر، وهذا الطول الموجي يقع بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.
- حيث تعتمد رؤية لون الإنسان على طبيعة الضوء الصافي للعين المجردة، بالإضافة إلى تحليل العين والدماغ لطبيعة هذه الألوان المختلفة.
خصائص الضوء
هناك العديد من الخصائص المختلفة للضوء وهي:
1- الانهيار
- الانكسار هو أحد خصائص الضوء، وهو التغير في مسار موجات الضوء عندما تنتقل هذه الموجات من وسط مادي إلى وسط مادي مختلف تمامًا عنه.
- أثناء انتقال الضوء وانتشاره بين الوسائط الفيزيائية المختلفة، ينكسر بزاوية معينة، والتي تتغير اعتمادًا على الاختلاف في سرعة انتشار الضوء، حيث ينكسر الضوء في الهواء أسرع منه في الماء.
2- التداخل
- يعتبر التداخل من أهم خصائص الضوء. عندما تلتقي موجتان ضوئيتان في نفس الموقع، ستتفاعل الأمواج مع بعضها البعض لأن كل موجة تحتوي على قمة وحوض.
- عند حدوث تداخل، تلتقي قمم الموجتين أو تنقص من بعضها البعض، وفي هذه الحالة يصبح الضوء أقوى من الضوء الناتج عن موجة واحدة.
- أيضا، هناك ما يسمى التداخل الهدام، وهذا النوع من التداخل يجب أن يحدث عندما تلتقي قمة موجة ضوئية واحدة بقعر موجة أخرى، حيث أن القاع يقلل من ارتفاع الموجة الثانية عندما تصبح نقطة التقاء بينهما مظلمة تمامًا. .
3- الانعراج والانتشار
- من المعروف أن الضوء ينتشر في خطوط مستقيمة، ولكن عندما يمر الضوء من خلال فتحة صغيرة، فإن موجات الضوء ستنتشر أثناء مرورها من الحافة الصغيرة، وهذا ما يعرف بنمط الانعراج.
- هذه الخاصية مفيدة في الأبحاث والدراسات المتعلقة بدراسة الألوان المختلفة لانبعاث الضوء باستخدام حواجز الانعراج.
- يحتوي هذا الكاشف على العديد من الثقوب الصغيرة التي تسبب انحراف موجات الضوء بكمية صغيرة جدًا عند المرور عبر هذه الثقوب.
- بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام هذه النتيجة لتعلم وتحليل الألوان المختلفة للنجوم، ويمكنك أيضًا معرفة المواد التي تتكون منها النجوم.
4- الإنعكاس والتشتت
- يتميز الضوء بخاصية الانعكاس والتشتت، وحقيقة أنه عند تعرض جسم معين لأشعة الضوء، فإن ذلك الجسم يخزن الطاقة ثم يعيد إرسالها في جميع الاتجاهات المختلفة، وتسمى هذه الخاصية خاصية الانعكاس .
- بالنسبة للتشتت، تحدث خاصية الضوء هذه عندما تختلف مؤشرات انكسار الضوء بسبب الاختلافات في الأطوال الموجية لأشعة الضوء.
5- الاستقطاب
- يمكن لأي شخص أن يلاحظ خاصية الاستقطاب عن طريق تسليط شعاع من الضوء على بلورة زجاجية معينة، حيث تكون موازية لبلورة شفافة أخرى، ويجب أن تدور إحداها بزاوية قائمة.
- في هذه الحالة، لا يمكن لأشعة الضوء أن تمر، وبالتالي يمكنك الحصول على أشعة ضوئية تخضع لعملية الاستقطاب بمساعدة خاصية انعكاس الضوء، بالإضافة إلى أن أشعة الضوء غالبًا ما تكون مستقطبة بزاوية سقوط.
هل الضوء مادة ولماذا؟
- اختلف الفيزيائيون حول طبيعة موجات الضوء، وكان العالم نيوتن أول من بدأ البحث في هذا المجال، حيث قال إن موجات الضوء عبارة عن تيار كبير من جزيئات المواد الدقيقة.
- واستطاع هذا العالم أن يشرح على أساس هذا الإدراك جميع الظواهر الطبيعية التي كانت موجودة في ذلك الوقت، وعليه فإن موجات الضوء عند السقوط على الأسطح العادية تنعكس، حيث أن زاوية سقوط أشعة الضوء تساوي زاوية الانعكاس.
- كانت لدى العالم الهولندي هيغنز فكرة مختلفة تمامًا عن فكرة نيوتن، حيث رأى أن أشعة الضوء هي موجات تنعكس مثل الموجات الصوتية.
- حيث يرى هذا العالم أن الضوء ينتقل بسرعة عبر الماء، بينما تنخفض سرعة الضوء في الهواء، فتنكسر أشعة الضوء، وفي هذه الحالة تكون أشعة الضوء موجات.
- بالإضافة إلى ذلك، قبل الفيزيائيون وجهة نظر نيوتن بأن أشعة الضوء هي جسيمات فيزيائية.
النور في قرنهم
- في بداية القرن التاسع ظهر الفيزيائي توماس الذي أيد رأي العالم Huygens وخلص إلى أن خاصية تداخل الضوء ليس لها تفسير سوى أن أشعة الضوء هي موجات وليست جسيمات مادية.
- حيث استمر هذا الخلاف والنقاش بين هؤلاء العلماء لمدة 25 عامًا، حتى ظهر الفيزيائي فرينل، الذي تمكن من قياس سرعة وانتشار أشعة الضوء في الهواء والماء.
- أثبت هذا صحة نظرية هيغنز القائلة بأن الضوء موجات وليس مادة، وبالتالي فشلت نظرية نيوتن.
- لكن العالم أينشتاين لاحظ أنه عند إلقاء أشعة الضوء أو توجيهها على الأسطح المعدنية، تنتشر الإلكترونيات الضوئية بشكل عشوائي وتتناثر على سطح المعدن، وهذا يعتبر غير طبيعي بالنسبة لها، خاصة إذا كان الضوء عبارة عن موجة.
- وأشار أيضًا إلى أن الإلكترونيات الضوئية تظل دون تغيير ولا تغير ما إذا كان شعاع الضوء قويًا أم ضعيفًا.
- لذلك، افترض أينشتاين أن أشعة الضوء عبارة عن حزم ضوئية بدرجة عالية من الدقة، يتم نقل هذه الحزم ونشرها على شكل موجات.
كيفية قياس سرعة الضوء
- حاول العديد من الفيزيائيين تطوير عدة طرق مختلفة لقياس وحساب سرعة الضوء. قانون السرعة هو أول من يهددهم. ينص هذا القانون على أن سرعة الضوء تساوي مسافة الضوء مقسومة على الوقت.
- لكن الأمر مختلف تمامًا، لأن سرعة الضوء أكبر من أن تُقاس بسهولة، وقد حاول العديد من العلماء إجراء العديد من التجارب للحصول على نتائج دقيقة لقياس سرعة الضوء، لكنهم لم يتمكنوا من القيام بذلك.
- بعد ذلك تم استخدام الساعات الذرية والليزر لقياس سرعة الضوء مما حقق نتائج دقيقة للغاية عن ذي قبل.
- بعد مرور عام 1970 استطاع العديد من العلماء قياس سرعة الضوء، وحقق هؤلاء العلماء قيمة عالية من الدقة، حيث أعطيت سرعة الضوء قيمة ثابتة لا تتغير وهي 792457.4 مترًا في الثانية.
- بالإضافة إلى ذلك، فإن سرعة الضوء ثابتة تمامًا في الفراغ، ولا يمكن أن تتغير، حيث تعتبر سرعة الضوء من أعلى السرعات الموجودة على الإطلاق.
مصادر الاضاءة
هناك العديد من مصادر الضوء، بعضها طبيعي وبعضها اصطناعي.
1- مصادر الضوء الطبيعي
- تعد الشمس والنجوم من أهم المصادر الطبيعية للضوء على سطح الأرض، حيث تنتج كل من الشمس والنجوم أشعة ضوئية بسبب ارتفاع درجة حرارتها.
- كما أن القمر مصدر طبيعي للضوء لأن القمر من الأشياء التي تعكس أشعة الضوء حيث يظهر القمر للمشاهد كمصدر للضوء ولكن العكس هو الصحيح لأن القمر يضيء بأشعة الشمس. .
- ومن أهم المصادر الطبيعية للضوء أيضًا التلألؤ الحيوي لبعض الكائنات الحية، وخاصة الكائنات البحرية مثل قنديل البحر واليراعات، والتي تبعث الضوء المرئي لجذب الكائنات الحية الأخرى.
2- مصادر الضوء الصناعي
تتعدد مصادر الضوء الصناعية والكهربائية ومن أهمها.
مصابح زيتية
- يعود استخدام هذه المصابيح إلى القرن الثامن عشر الميلادي حيث تتكون هذه المصابيح من مصدر رئيسي للوقود بالإضافة إلى وعاء معدني للتحكم في احتراق الوقود والتحكم في قوة الضوء وشدته.
- ثم أضيفت هذه المصابيح والمداخن الزجاجية لمنع خروج اللهب وحمايته من الهواء المحيط.
مصابيح الوقود
- تعتبر المصابيح الزيتية من أهم المصادر الصناعية للضوء، حيث تم استخدامها منذ القدم، وكان الوقود في ذلك الوقت الشمع وزيت الزيتون وزيت السمك وزيت جوز الهند.
- ولكن بحلول عام 1859، ظهرت مصابيح الغاز والفحم، مع بداية عملية تعدين الفحم.
مصابيح الغاز
- يعتبر العالم الألماني فريدريك أول من اخترع مصابيح الغاز، حيث حصل هذا العالم على براءة اختراع عام 1804 لاستخدام غاز الفحم للإضاءة.
- انتشر استخدام مصابيح الغاز في الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا، ولكن تم استبدال هذه المصابيح والإضاءة الكهربائية في أوائل القرن التاسع عشر.
المصابيح الكهربائية
- اخترع الفيزيائي توماس إديسون الإضاءة بمصابيح كهربائية باستخدام تيار كهربائي ضعيف وخيوط كربونية صغيرة، بالإضافة إلى وجود مساحة للضوء.
- تمكن هذا العالم من اختراع المصابيح الكهربائية التي كانت تستخدم لفترة طويلة.
مصابيح فلورسنت
- اخترع هانز وماير وجيرمان مصابيح فلورية محكمة الغلق من الداخل لزيادة كفاءتها.
- أيضًا، تم استخدام البريليوم في طلاء هذه المصابيح، ثم تم استبدال البريليوم بمواد كيميائية أخرى كانت أكثر أمانًا وفعالية من هذه المادة.
مصابيح الهالوجين
- تعتبر مصابيح الهالوجين من الأنواع الحديثة والمتقدمة من المصابيح المتوهجة، وقد اخترع هذا النوع من المصابيح المهندس موبي الذي حصل على براءة اختراع في الولايات المتحدة الأمريكية لمصابيح الهالوجين.
- نظرًا لأنه يمكن استخدام مصباح التنجستن كقاعدة لمبة، بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير العديد من الطرق لإنتاج هذه المصابيح وتطويرها.
أنواع الضوء
هناك نوعان من الأشعة السينية:
1- الضوء المرئي
- إنه أحد أنواع الأشعة الضوئية الكهرومغناطيسية، علاوة على أن هذا النوع من الضوء له تردد واحد ويمكن للإنسان رؤية هذا الضوء.
- يتراوح الطول الموجي لهذا الضوء من 400 إلى 700 نانومتر، حيث يشتمل هذا الضوء على موجات طويلة، وهي موجات حمراء، بينما الأشعة البنفسجية عبارة عن موجات قصيرة.
2- ضوء غير مرئي
هذا الضوء عبارة عن طيف واسع وواسع من أشعة الضوء الكهرومغناطيسية وينقسم هذا الضوء إلى قسمين:
- الموجات الطويلة تشمل هذه الموجات موجات الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء.
- الموجات القصيرة تشمل هذه الموجات الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية، حيث لا تستطيع العين البشرية رؤية هذا الضوء، لكن بعض الحيوانات، مثل النحل، يمكنها رؤية الأشعة فوق البنفسجية.
في نهاية المقال “هل الضوء مادة ولماذا؟” لقد قدمنا جميع المعلومات عن الضوء ومصادره الطبيعية والاصطناعية، وكذلك ما إذا كان الضوء مادة ولماذا.