فهرس المحتويات
| الموضوع | الرابط |
|---|---|
| الضوء في الفيزياء: تعريف شامل | الانتقال إلى هذا القسم |
| تاريخ الاكتشافات المتعلقة بالضوء | الانتقال إلى هذا القسم |
| خصائص الضوء: البصرية والموجية | الانتقال إلى هذا القسم |
| قياس سرعة الضوء عبر التاريخ | الانتقال إلى هذا القسم |
| سرعة الضوء في مختلف الوسائط | الانتقال إلى هذا القسم |
الضوء في الفيزياء: تعريف شامل
يُشير مصطلح “الضوء” في الفيزياء إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي المرئي للعين البشرية. وهو جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي الأوسع، يتراوح طوله الموجي بين 400 نانومتر (بنفسجي) و 700 نانومتر (أحمر). تخضع جميع قوانين الطيف الكهرومغناطيسي لنفس المبادئ التي تحكم هذا الجزء المرئي. الشمس، على الأرض، هي المصدر الرئيسي للطيف الكهرومغناطيسي، مما يجعلها حيوية للعديد من جوانب الحياة.
رحلة عبر تاريخ اكتشاف سر الضوء
تطورت فهمنا للضوء عبر مراحل تاريخية متعددة:
قبل القرن التاسع عشر: سادت فكرة أن الضوء إما ينبعث من العين أو من الأجسام المرئية. وقد تبنى العالم إسحق نيوتن هذه النظرية الجسيمية لتفسير ظاهرتي الانعكاس والانكسار.
النظرية الموجية لهويجنز (1678م): قدم العالم كريستيان هويجنز نظريةً موجيةً للضوء، فسّر بها بنجاح ظاهرتي الانعكاس والانكسار، مقدماً بديلاً لنظرية نيوتن الجسيمية.
إثبات ثوماس يونغ للطبيعة الموجية (1801م): أثبت العالم ثوماس يونغ، من خلال تجاربه على تداخل الضوء، الطبيعة الموجية للضوء، موضحاً ظاهرتي التداخل البناء والهدام.
آينشتاين والظاهرة الكهروضوئية (1905م): على الرغم من نجاح النظرية الموجية في تفسير العديد من الظواهر، إلا أنها فشلت في تفسير الظاهرة الكهروضوئية. تمكن آينشتاين من تفسير هذه الظاهرة مستنداً إلى مفهوم الكمّ الذي وضعه بلانك، مُحققاً تقدماً هاماً في فهم ثنائية الموجة والجسيم في طبيعة الضوء.
الخصائص البصرية والموجية للضوء
تتمتع خصائص الضوء بتنوع يجمع بين الخصائص البصرية والموجية. جميع خصائص الضوء تنطبق على كامل الطيف الكهرومغناطيسي:
الخصائص البصرية: تشمل هذه الخصائص الانعكاس، والانكسار، والحيود، والاستقطاب، والتشتت.
الخصائص الموجية: كون الضوء يتألف من موجات كهربائية ومغناطيسية مترابطة، فهو يمتلك تردداً (عدد التكرارات في وحدة الزمن)، وطولاً موجياً (المسافة بين قمتين متتاليتين)، وسعة (ارتفاع الموجة).
الانكسار: تغير سرعة الضوء عند انتقاله من وسط لآخر ذي معامل انكسار مختلف. تقل السرعة عند الانتقال من وسط أقل كثافة إلى وسط أعلى كثافة، والعكس صحيح.
الانعكاس: ارتداد الضوء عن السطح الفاصل بين وسطين مختلفين، حيث تساوي زاوية السقوط زاوية الانعكاس.
التشتت: تحلل الضوء الأبيض إلى ألوان الطيف السبعة بسبب اختلاف معامل الانكسار لكل طول موجي.
قياس سرعة الضوء: من جاليليو إلى الليزر
جرت محاولات عديدة لقياس سرعة الضوء عبر التاريخ، بدءاً من تجارب جاليليو البسيطة وصولاً إلى القياسات الدقيقة باستخدام الليزر والساعات الذرية. وقد أفضت هذه القياسات إلى تحديد سرعة الضوء في الفراغ بقيمة ثابتة وهي 299,792,458 متر/ثانية.
سرعة الضوء في مختلف الوسائط
تختلف سرعة الضوء في الأوساط المختلفة عن سرعته في الفراغ. يمكن حساب سرعة الضوء في وسط ما باستخدام معامل الانكسار، والذي يُعرف بأنه نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في الوسط المعني. معامل الانكسار دائماً أكبر من أو يساوي 1، حيث تكون قيمته 1 فقط في الفراغ.
