هل الضوء مادة ولماذا؟

هل الضوء مادة ولماذا ؟، اختلف الفيزيائيون منذ آلاف السنين عند محاولتهم تحديد طبيعة الضوء سواء كان مادة أو موجات كهرومغناطيسية، حيث استمر هذا الاختلاف لعدة قرون.

تعريف الضوء

• الضوء عبارة عن إشعاع كهرومغناطيسي ينتشر عبر نطاق محدد ومحدد من ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي.
• بالإضافة إلى ذلك، فإن هذه الإشعاعات تكون مرئية للعين المجردة، على عكس الموجات الكهرومغناطيسية الأخرى التي لا تستطيع العين البشرية رؤيتها.
• وهي أيضًا حالة تنتشر بمعدل سريع جدًا يبلغ حوالي مائتي ألف كيلومتر في الثانية، حيث ينتشر هذا الضوء على شكل موجات اهتزازية.
• بالإضافة إلى ذلك، يبلغ الطول الموجي للضوء المرئي للعين المجردة حوالي 700000 نانومتر، وهذا الطول يقع بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.
• حيث تعتمد رؤية الإنسان للألوان على طبيعة الضوء الصافي بالعين المجردة، بالإضافة إلى تحليل العين والدماغ لطبيعة هذه الألوان المختلفة.

خصائص الضوء

للضوء العديد من الخصائص المختلفة:

1- كسر

• الانكسار هو خاصية للضوء، وهو تغيير في مسار موجات الضوء حيث تنتقل تلك الموجات من وسط مادي إلى وسط مادي مختلف تمامًا عنه.
• أثناء انتقال الضوء وانتشاره بين الوسائط الفيزيائية المختلفة، ينكسر بزاوية معينة تختلف باختلاف سرعة انتشار الضوء، لأن الضوء ينكسر في الهواء أسرع منه في الماء.

2- التداخل

• يعد التداخل من أهم خصائص الضوء: فعندما تلتقي موجتان ضوئيتان في نفس المكان، تتداخل هاتان الموجتان مع بعضهما البعض لأن كل موجة تحتوي على قمة ووادي.
• عند حدوث تداخل، تلتقي قمم الموجتين أو تنقص من بعضها البعض، وفي هذه الحالة يصبح الضوء أقوى من الضوء الناتج عن موجة واحدة.
• بالإضافة إلى ذلك، هناك ما يسمى بالتداخل المدمر، وهذا النوع من التداخل يجب أن يحدث عندما تلتقي قمة موجة ضوئية واحدة بقعر موجة أخرى، حيث أن القاع يقلل من ارتفاع الموجة الأخرى عندما تصبح نقطة التقاء بينهما. مظلم تماما.

3- الحيود والانتشار

• من المعروف أن الضوء ينتقل في خطوط مستقيمة، ولكن عندما يمر الضوء من خلال فتحة صغيرة، تنتشر موجات الضوء لأنها تنبعث من الحافة الصغيرة وهذا ما يعرف بخاصية الانعراج.
• هذه الخاصية مفيدة في الدراسات والأبحاث التي تتناول دراسة الألوان المختلفة لإشعاع الضوء من خلال استخدام حواجز شبكية الحيود.
• يحتوي هذا الكاشف على العديد من الفتحات الصغيرة التي تؤدي إلى انحراف موجات الضوء بكميات صغيرة جدًا أثناء مرورها عبر هذه الثقوب.
• بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام هذه النتيجة لمعرفة وتحليل الألوان المختلفة للنجوم، كما يمكن أيضًا معرفة المواد التي تتكون منها النجوم.

4- الإنعكاس والتشتت

• يتميز الضوء بخاصية الانعكاس والتشتت، وأنه عندما يتعرض جسم معين لأشعة الضوء، يحتفظ هذا الجسم بالطاقة ثم يعيد إرسالها في جميع الاتجاهات المختلفة، وتسمى هذه الخاصية الخاصية الانعكاسية.
• في حالة التشتت، تحدث خاصية الضوء هذه عندما تختلف مؤشرات انكسار الضوء بسبب الاختلاف في الطول الموجي لأشعة الضوء.

5- الاستقطاب

• يمكن لأي شخص أن يلاحظ خاصية الاستقطاب عن طريق توجيه شعاع من الضوء إلى بلورة زجاجية معينة حيث تكون موازية لبلورة شفافة أخرى ويجب أن تدور إحداها بزاوية قائمة.
• في هذه الحالة لا يمكن للحزم الضوئية أن تمر من خلالها، وبالتالي يمكن الحصول على حزم ضوئية تخضع لعملية الاستقطاب عن طريق خاصية انعكاس الضوء، بالإضافة إلى أن الحزم الضوئية غالبًا ما تكون مستقطبة بزاوية السقوط.

هل الضوء مادة ولماذا؟

• اختلف الفيزيائيون حول طبيعة موجات الضوء، وكان العالم نيوتن أول من بحث في هذا المجال، حيث قال إن موجات الضوء هي تيار كبير من جزيئات المادة الدقيقة.
• من هذه المعرفة استطاع العالِم شرح جميع الظواهر الطبيعية التي كانت موجودة في ذلك الوقت: وفقًا لها، تنعكس موجات الضوء عند اصطدامها بالأسطح العادية، حيث أن زاوية سقوط أشعة الضوء تساوي زاوية الانعكاس .
• العالم الهولندي هيغنز، الذي رأى أن أشعة الضوء هي موجات تنعكس مثل الموجات الصوتية، كان له رأي مختلف تمامًا عن نيوتن.
• حيث يرى هذا العالم الضوء ينتشر بسرعة عبر الماء بينما تتناقص سرعة الضوء في الهواء، تنكسر أشعة الضوء، وفي هذه الحالة تكون أشعة الضوء موجات.
• بالإضافة إلى ذلك، تمسك الفيزيائيون برأي نيوتن بأن أشعة الضوء هي جسيمات فيزيائية.

النور في القرن التاسع

• في بداية القرن التاسع ظهر الفيزيائي توماس، الذي اتبع رأي عالم الطبيعة Huygens وخلص إلى خاصية تداخل الضوء، والتي ليس لها تفسير سوى أن أشعة الضوء هي موجات وليست جزيئات مادية.
• حيث استمر هذا الخلاف وهذا النقاش بين هؤلاء العلماء 25 عامًا حتى ظهور الفيزيائي فريسنل الذي استطاع قياس سرعة وانتشار أشعة الضوء في الهواء وفي الماء.
• لقد أظهرت صحة نظرية هيغنز القائلة بأن الضوء موجات وليس مادة، ومعها سقطت نظرية نيوتن.
• لكن العالم أينشتاين لاحظ أنه عند إلقاء أشعة الضوء أو توجيهها على الأسطح المعدنية، تنتشر الإلكترونيات الضوئية بشكل عشوائي وتنتشر على سطح المعدن، وهذا يعتبر أمرًا غير طبيعي بالنسبة لها، خاصة عندما يكون الضوء عبارة عن موجة.
• كما أشار إلى أن الإلكترونيات الضوئية تظل ثابتة ولا تتغير سواء كان شعاع الضوء قويًا أم ضعيفًا.
• لذلك افترض أينشتاين أن أشعة الضوء عبارة عن حزم من الضوء بدرجة عالية من الدقة، وأن هذه الحزم تنتقل وتنتشر على شكل موجات.

كيفية قياس سرعة الضوء

• حاول العديد من الفيزيائيين ابتكار طرق مختلفة لقياس وحساب سرعة الضوء، وقانون السرعة هو أول قانون يهددهم، وينص هذا القانون على أن سرعة الضوء تساوي المسافة إلى الضوء مقسومة على الوقت.
• لكن الأمر مختلف تمامًا، لأن سرعة الضوء أكبر من أن تقاس بسهولة، وقد حاول العديد من العلماء تطبيق العديد من التجارب للحصول على نتائج دقيقة لقياس سرعة الضوء، لكنهم فشلوا.
• بعد ذلك، تم استخدام الساعات الذرية والليزر لقياس سرعة الضوء، حيث حققوا نتائج أكثر دقة من ذي قبل.
• بعد عام 1970 استطاع العديد من العلماء قياس سرعة الضوء، وحقق هؤلاء العلماء مستوى عاليًا من الدقة: أعطيت سرعة الضوء قيمة ثابتة لا تتغير، وهي 792457.4 مترًا في الثانية.
• بالإضافة إلى ذلك، فإن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة تمامًا ولا يمكن أن تتغير، حيث تعتبر سرعة الضوء من أعلى السرعات الموجودة.

مصادر الاضاءة

هناك العديد من مصادر الضوء، بعضها طبيعي وبعضها اصطناعي.

1- مصادر الضوء الطبيعي

• تعتبر الشمس والنجوم من أهم مصادر الضوء الطبيعي على سطح الأرض، حيث تنتج كل من الشمس والنجوم أشعة الضوء بسبب ارتفاع درجة حرارتها.
• كما يعتبر القمر مصدر ضوء طبيعي لأن القمر من الأشياء التي تعكس أشعة الضوء، حيث يظهر القمر للمشاهد كمصدر للضوء، ولكن الحقيقة هي عكس ذلك لأن القمر يضيء من خلال أشعة الشمس الضوئية.
• ومن أهم مصادر الضوء الطبيعي أيضًا التلألؤ البيولوجي لبعض الكائنات، وخاصة الكائنات البحرية مثل قنديل البحر واليراعات، والتي تبعث الضوء المرئي لجذب الكائنات الأخرى.

2- مصادر الضوء الصناعي

تتعدد مصادر الضوء الصناعي والكهربائي ومن أهم هذه المصادر.

مصابيح رأ

• يعود استخدام هذه المصابيح إلى القرن الثامن عشر الميلادي حيث تتكون هذه المصابيح من مصدر أساسي للوقود بالإضافة إلى حاوية معدنية للتحكم في احتراق الوقود وأيضًا للتحكم في قوة الضوء وشدته.
• ثم تم تطوير هذه المصابيح وأضيفت بعض المداخن الزجاجية لمنع اللهب من الخروج وحمايته من الهواء المحيط.

مصابيح الوقود

• تعتبر مصابيح الوقود من أهم مصادر الإضاءة الصناعية، حيث تم استخدامها منذ القدم، باستخدام الشمع وزيت الزيتون وزيت السمك وزيت جوز الهند كوقود.
• ولكن في عام 1859، مع بداية تعدين الفحم، ظهرت مصابيح الكيروسين، وكذلك مصابيح الغاز والفحم.

مصابيح الغاز

• يُنسب إلى العالم الألماني فريدريك كونه أول مخترع لمصباح الغاز، حيث حصل هذا العالم على براءة اختراع لاستخدام غاز الفحم للإضاءة في عام 1804.
• انتشر استخدام مصابيح الغاز في الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا، ولكن تم استبدال هذه المصابيح والإضاءة الكهربائية في أوائل القرن التاسع عشر.

لمبة

• اخترع الفيزيائي توماس إديسون إضاءة المصباح الكهربائي باستخدام تيار كهربائي ضعيف وبعض خيوط الكربون الصغيرة، بالإضافة إلى وجود مساحة لإظهار الضوء.
• تمكن هذا العالم من اختراع المصابيح الكهربائية التي كانت تستخدم لفترة طويلة.

مصابيح فلورسنت

• اخترع Hans و Meyer و Jerme مصابيح فلورية مغلفة من الداخل لزيادة الكفاءة.
• أيضًا، تم استخدام البريليوم في طلاء هذه المصابيح، ثم تم استبدال البريليوم بمواد كيميائية أخرى أكثر أمانًا وفعالية من هذه المادة.

مصابيح الهالوجين

• تعتبر مصابيح الهالوجين من أكثر أنواع المصابيح المتوهجة تطورًا وتحسنًا، وقد اخترع هذا النوع من المصابيح المهندس موبي الذي حصل على براءة اختراع أمريكية لمصباح الهالوجين.
• بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأنه يمكن استخدام مصباح التنجستن كمقبس المصباح الكهربائي، فقد تم تطوير العديد من طرق تصنيع هذه المصابيح وتطويرها.

أنواع الضوء

هناك نوعان من الأشعة السينية:

1- الضوء المرئي

• وهو نوع من اشعة الضوء الكهرومغناطيسي كما ان هذا النوع من الضوء له تردد واحد ويمكن للشخص ان يرى هذا الضوء.
• يتراوح الطول الموجي لهذا الضوء بين 400 و 700 نانومتر حيث يشمل هذا الضوء الموجات الطويلة وهي الأمواج الحمراء بينما تمثل الأشعة البنفسجية الموجات القصيرة.

2- ضوء غير مرئي

هذا الضوء عبارة عن طيف واسع وكبير من أشعة الضوء الكهرومغناطيسية وهذا الضوء مقسم إلى قسمين:

• الموجات الطويلة تشمل هذه الموجات موجات الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء.
• الموجات القصيرة تشمل هذه الموجات الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية لأن العين البشرية لا تستطيع رؤية هذا الضوء، لكن بعض الحيوانات، مثل النحل، يمكنها رؤية الأشعة فوق البنفسجية.

في نهاية المقال هل الضوء مادة ولماذا؟ قدمنا ​​كل المعلومات عن الضوء ومصادره الطبيعية والاصطناعية وهل الضوء مادة ولماذا.