كيف يعرّف الفيزيائيون الضوء؟
تكهن بعض الفلاسفة اليونانيين ، ولكن أيضًا جاليليو ، حول طبيعة الضوء. لكن لم يتضح هذا للفيزيائيين إلا في القرون القليلة الماضية ، حتى نتمكن اليوم من تعريف الضوء.
النور - غزوة تاريخية
- كان الفلاسفة اليونانيون مهتمين بالفعل بالضوء. على سبيل المثال ، افترض الفيثاغوريون أن كل كائن مرئي كان يطلق باستمرار تيارًا من جسيمات الضوء. لكن جاليليو أيضًا حاول فهم طبيعة الضوء في السنوات الأخيرة من حياته - ولكن للأسف دون جدوى.
- في نهاية السابع عشر في أوائل القرن العشرين ، افترض الفيزيائي نيوتن أن الضوء يتكون إما من جسيمات ، أو ما يسمى بالجسيمات ، أو من موجات. ومع ذلك ، فقد استبعد في البداية نظرية الموجة ، لأن فرضية الجسيمات يمكن أن تتوافق بشكل أفضل مع نظرته الآلية للعالم في ذلك الوقت. هذه هي الطريقة التي يمكن أن تفسر بها نظرية الجسيمات حقيقة أن الضوء ينتشر في خط مستقيم ، وينعكس وينكسر.
- في نفس الوقت تقريبًا مع نيوتن ، كان عالم الطبيعة الهولندي Huygens مهتمًا أيضًا بطبيعة الضوء. وفقًا لأفكاره ، يجب أن ينتشر الضوء على شكل موجات. يجب أن تنتقل هذه الموجات من خلال مادة غير مرئية عديمة الوزن ، وهي الأثير الموجود في كل مكان في الفضاء.
- ومع ذلك ، فقد أدلى كلا النموذجين ببيانات مختلفة حول سرعة الضوء في المواد ، على سبيل المثال في الماء. ومع ذلك ، لا يمكن قياس هذه السرعة بدقة مع الأجهزة المتاحة في ذلك الوقت للتمييز بين النموذجين "الجسيم" أو "الموجة".
الضوء موجة - يونغ يثبت ذلك
- من خلال تجربته ذات الشق المزدوج ، تمكن الفيزيائي يونغ في عام 1802 من إثبات أن الضوء ينتشر مثل الموجة.
- في هذه التجربة ، يضرب الضوء شقًا مزدوجًا (صغيرًا). خلفها ، تتشكل التراكبات (وليس الظلال) ، والتي لا يمكن تفسيرها إلا إذا فهم المرء الضوء على أنه عملية موجية.
- بهذا ، يبدو أن الجدل المرير حول انتشار الجسيمات أو الموجة قد انتهى أخيرًا.
- ومع ذلك ، فإن مظهر الموجة وأطوال الموجات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها بالعين المجردة ، على عكس موجات الماء. كان هذا الحجم الصغير هو السبب في النهاية في التعرف على طبيعة الموجة في وقت متأخر جدًا.
الفوتونات والأمواج - شرح بسيط للضوء
في الفيزياء لا يكاد يوجد أي شيء أكثر إثارة للاهتمام وأقل بالنسبة للشخص العادي ...
يجب أن يكون الضوء أيضًا جسيمًا
- ومع ذلك ، ربما لم يكن نيوتن مخطئًا في فكرته عن الجسيمات.
- في بداية القرن الماضي ، كان على الفيزيائيين إعطاء الضوء شخصية جسيمية لشرح تأثير الصورة ، على سبيل المثال.
- تمكن ماكس بلانك بالفعل من العثور على العديد من النتائج المتناقضة ، على سبيل المثال من الفيزياء الذرية، اشرح فقط من خلال افتراض (أي افتراض!) أن الضوء يتكون من حزم صغيرة من الطاقة. دعا هذه الكميات. تم امتصاصها أو إطلاقها عند تفاعلها مع الذرات.
- وفي عام 1905 أعلن ألبرت أينشتاين تأثير الصورة بنفس الافتراضات. فقط باستخدام نظرية الكم استطاع أن يوضح كيف يطلق الإشعاع عالي الطاقة الإلكترونات من المعدن (جائزة نوبل 1921).
كيف "يعرّف" الفيزيائيون الضوء اليوم؟
- بالطبع لا يمكنك "تعريف" ظاهرة مثل الضوء ، ولكن يمكنك تطوير نماذج توضح كيف يتصرف الضوء في مواقف وتجارب معينة.
- حتى لو بدا هذا متناقضًا ، يجب على المرء أن يفترض اليوم أن الضوء ليس ظاهرة موجية فحسب ، بل له أيضًا طابع الجسيم ، أي يحدث في أجزاء فردية. وتسمى هذه الكميات الخفيفة أو الفوتونات.
- أظهرت إحدى التجارب أن هذا الرأي المعاكس ، والذي يُطلق عليه أيضًا ثنائية الموجة والجسيم ، صحيح يمكن إنشاء كوانتات ضوئية مفردة ، والتي يتم إرسالها واحدة تلو الأخرى من خلال جهاز مزدوج الشق. ثم تحدث ظاهرة الموجة.
- بين الجسيم والموجة الظاهرتين المتعارضتين جسديًا ، هناك ظاهرة رسمية "الجسر" ، أي كم حركة بلانك h ، بين التردد (أو الطول الموجي) للضوء و ال طاقة الذي يتوسط الفوتونات. ينطبق ما يلي: E = h x f.
- أكثر من ذلك: حتى بالنسبة للجسيمات النموذجية مثل الإلكترونات أو البروتونات ، تمكنت الفيزياء الحديثة من إظهار أن لها أيضًا خاصية الموجات عند انتشارها. هذه هي الطريقة التي يتم بها إنشاء موجات المادة عندما يتم إرسال الجسيمات ذات الحجم الذري عبر شق مزدوج.
إذن كيف يتم "تعريف" الضوء؟ موجة أم جسيم ، كلاهما أو كلاهما معًا؟ حتى لو كانت نظرية الفيزياء يمكن أن يصف رياضيًا سلوك الضوء وظواهره ، لا يزال الضوء أ أحجية. كلا النموذجين له ما يبرره. أجاب الفيزيائي ريتشارد فاينمان ذات مرة على هذا السؤال: "ربما الثالث!". يطيع الضوء قوانين ميكانيكا الكم ، والتي تسمح بازدواجية الجسيمات والموجات.
إلى أي مدى تجد هذه المقالة مفيدة؟
