تم النشر اليوم 2024-04-17 | بحث عن الضوء

كيف يرى الإنسان الضوء

عندما يسقط الضوء على جسم ما، يقوم هذا الجسم بامتصاص بعضاً من هذا الضوء ويعكس بعضه الآخر (حيثُ أنَّ الامتصاص والانعكاس من خصائص الضوء)، وتعتمد الأطوال الموجيّة المُمتصّة والمُنعكسة على خصائص الجسم نفسه. عند النّظر إلى الجسم، فإنَّ موجات الضوء تنعكس من على سطح الجسم وتدخل في شبكيّة العين الحسّاسة للضوء، فتنشُط المخاريط الموجودة في الشبكيّة كلٌّ منها بشكلٍ مُختلف اعتماداً على حساسيّتها للون مُعيَّن (64% من مخاريط الإنسان حسّاسة للون الأحمر، 34% منها حسّاسة للون الأخضر، 2% حسّاسة للون الأزرق)، فتنتقل الإشارة الناتجة عبر العصب البصري إلى القشرة البصريّة في الدّماغ والذي بدوره يقوم بتحليلها. يتفوَّق الإنسان في تمييز الألوان على مُعظم الثديّات نظراً لطبيعة المخاريط الموجودة لديه؛ ولكن بعض الحيوانات (كالطيور والأسماك) تمتلك عدداً أكبر من المخاريط، ممّا يجعلها قادرة على رؤية أطوال موجيّة غير التي يراها الإنسان (كالأشعّة فوق البنفسجيّة).

الضوء

هو إشعاعٌ كهرومغناطيسيّ يُوجد داخل جزء مُعيَّن من الطيف الكهرومغناطيسيّ، ويُعدّ الضوء واضحاً للعين البشريّة، وتوجد موجاته بين 380 إلى 730 نانومتر؛ أيّ بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجيّة، ويُعدّ المصدر الرئيس للضوء على سطح الأرض هو ضوء الشمس، حيث تصل الطاقة المُنبعثة من الشمس باعتبارها ضوءاً؛ لتساهم في خلق السكّريات في النباتات الخضراء ضِمن عمليّة تُعرف بالتمثيل الضّوئي.

كانت النار قديماً إحدى المصادر المُهمّة للضوء، ثم اعتمد الإنسان على المصابيح الحديثة والإضاءة الكهربائيّة. يوجد بعض أنواع الحيوانات التي تُصدر ضَوءاً من أجسامها كاليراعات (بالإنجليزيّة: Fireflies)، وبعض أنواع الحبّار. تُعدّ الانبعاثات الحراريّة (بالإنجليزيّة: Thermal radiation) إحدى أشكال مصادر الضّوء، ويكون انبعاث الحرارة فيها بجميع الاتجاهات، وتصل إلى سطح الامتصاص بسرعة الضّوء، كما أنّها لا تحتاج إلى وسط ناقل، ومن أبرز الأمثلة عليها تسخين الشمس لسطح الأرض.

طبيعة الضوء

ظلَّ العلماءُ على مدى مئاتِ السّنين يتجادلون حول كَوْن الضوء هو نوع من أنواع الأمواج أم لا. في القرن السابع عشر، كانت نظريّة العالم الإنجليزي إسحاق نيوتن (وهو أوّل من درس المادّة وخصائصها بالتفصيل) أنَّ الضَّوء عبارة عن تيّار مُتّصل من الجُسيمات، ولكن عارضه في ذلك العالم الهولندي كريستيان هيوغنز، والذي كانت نظريّته تعتبر الضوء عبارة عن موجات.

بقِيَ الاختلاف حول طبيعة الضوء قائماً حتّى الآن، ويعود ذلك لِكَون الضوء يحمل صفات الموجة كالانعكاس. علاوةً على ذلك، فالضوء أيضاً يحمل صفات تيّار مُتّصل من الجُسيمات، وفي القرن العشرين، توصَّلَ الفيزيائيّون إلى كَوْن الضوء يُمكن اعتباره جُسيمات وموجات في نفس الوقت، واكتسبت هذه الخاصية اسم ازدواجيّة موجة الجُسَيم (بالإنجليزيّة: Wave-Particle duality).

خصائص الضوء

الانعكاس والانكسار


عند سُقوط الضوء على سطح بين مادّتين ذات مُعامليّ انكسار (بالإنجليزيّة: Refractive indices) مُختلفين، فسيحدُث أمران؛
انعكاس الضّوء الساقط بزاوية محصورة بين الخط المُعامِد للسطح وخط الضوء الساقط عليه؛ أي أنَّ زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس، وانكسار الضّوء بزاوية تعتمد على زاوية السقوط ونوع المادة، وبالتالي فإنّ الضوء سيعبُر السّطح ذي معامل الانكسار المختلف؛ في حال كانت المادة تسمح بمرور الضوء من خلالها (شفّافة).



التشتُّت


إنَّ اختلاف مُعامِل الانكسار لكُلّ طول موجي للضوء يُنتج تأثيراً يُدعى التشتُّت الضوئي، ومن أبرز الأمثلة على هذه الخاصيّة هو مرور الضّوء الأبيض في منشور ثُلاثي؛ إذ سوف ينكسر الضوء داخل المنشور بزوايا مُختلفة عن بعضها البعض تِبعاً للأطوال الموجيّة، وعند خروج الضوء من المنشور ستظهر الأطوال الموجيّة للألوان المُختلفة الناتجة من انكسار الضوء الأبيض. إنَّ أطول طول موجي للاشعاعات الناتجة هو الطول الموجي للأشعّة الحمراء؛ حيثُ إنَّ مُعامِل الانكسار لها أقلّ منها للاشعاعات المُنكسرة الأخرى كالبنفسجيّ.



الامتصاص


عند مرور الضوء في مادّة شفّافة، فإنَّ بعض طاقته سوف تتشتَّت على شكل طاقة حراريّة، لذلك فسيفقد الضوء بعضاً من شدّته، وعند حصول ذلك الامتصاص للطّاقة الحراريّة للأطوال الموجيّة المُختلفة للضوء؛ فإنَّ الضوء المارّ في هذه المادّة الشفّافة سيُظهر فقط الأطوال الموجيّة التي لم يتم امتصاصها. لذلك؛ فإنَّ هذا الضّوء المارّ سيظهر على هيئة لون يُسمّى لون امتصاص المادّة.



سرعة الضوء


تصل سرعة الضوء في الفراغ إلى 1.07 مليار كيلومتر في السّاعة، وكانت أوّل تجربة لقياس هذه السرعة من قبل عالم الفيزياء الدانيماركيّ رومر في عام 1676م باستخدام التلسكوب، واستنتج بأنّ حساب سرعة الضوء تحتاج إلى 22 دقيقة لكي يجتاز قطر الأرض، وعلى الرغم من ذلك؛ فإنّه لم يتمكن من معرفة السرعة، وبعد ذلك؛ تمَّ إجراء اختبار آخر أكثر دقة من قِبَل العالمان الفرنسيّان (هيبوليت فيزو) و(ليون فوسلت) في القرن التّاسع عشر؛ حيثُ توصّلوا إلى نتائِج أكثر دقّة من التّجارُب السّابقة؛ فقد أظهرت النتائج بأنّ سرعة الضوء هي 315 مليون متر في الثانية، وأُجري بعد ذلك العديد من التجارب من قِبل العلماء كأمثال (ويلهيم إدوارد) و(يبير)، و(هيوغنز)، وإسحاق نيوتن، وألبرت آينشتاين.

نبذة تاريخيّة

كان الإغريقيون القُدماء هم أوّل من توصّلوا إلى القليل من النظريات المتعلّقة بالضوء، وبقيت هذه النظريات سائدةً دون أيّ إثباتٍ علميّ يؤكد صحتها. كان للعلماء المسلمين خلال القرون الوسطى دور كبير في التحقّق من هذه النظريات، وبرز الحسن بن الهيثم الذي أثبت شروحات طبيعة الضوء، والوظيفة الرئيسيّة له، وقدَّمَ شروحات عن المرايا، وحالة الخسوف والكسوف، وشرح -في علم البصريات- عمليّة الإبصار.