كيف ينتقل الضوء

الأساسيات

فليكن نور!

الدرس الثاني: سرعة الضوء

في هذا الدرس سوف تتعلم ما هو الضوء، ومن أين يأتي، ولماذا يصبح طيفًا عندما يتعرض لمنشور.

ما الذي يحرك الضوء؟

نحن نعلم جميعًا أن الضوء يتحرك، لكن الأمر ليس كما لو كان له أقدام صغيرة. إذن ما الذي يحركه؟ عندما تفكر في السرعة التي يسافر بها ضوء الشمس ليصل إلى الأرض، فإنك تتساءل كيف يتحرك على الإطلاق. إن عبوره الكون بسرعة 186000 ميل في الثانية هو أحد الألغاز الحقيقية للعلم، لأنه بالنسبة لنا موجود هناك طوال الوقت. كل يوم. لا يبدو الضوء وكأنه يسافر ليصل إلى هنا. يبدو وكأنه كان هنا دائمًا. وأشعة الشمس تمنحنا شعورًا جيدًا! إنها تجعلنا سعداء. نفتقدها عندما تختفي ونكون سعداء عندما تعود. هذا ليس مجرد تقييم شخصي. هناك سبب علمي لذلك. الضوء يؤثر على مزاجنا.

ولكي نفهم كيف يقوم الضوء بهذه الأعمال السحرية السماوية، فلنتخيل مجهراً يسمح لنا بالنظر إلى الضوء عن قرب. فمن السهل أن نتصور أن الضوء لا يتحرك إلا في خط مستقيم، وأن الضوء نفسه مستقيم، مثل عصا السباغيتي الجافة. ولكننا مخطئون. فرغم أن الضوء يتحرك في خط مستقيم، فإنه في مظهره يبدو أشبه بمعكرونة الرامين أكثر من كونه عصا سباغيتي جافة. فهو متموج. وتهتز موجات الضوء. ويتسبب هذا الاهتزاز في انبعاث شعاع من الضوء بعيداً عن مصدره. ولنتخيل شوكة الرنانة. فالشوكة هي مصدر الاهتزاز. ولا يمكنك أن ترى اهتزازها لأنها تتحرك ذهاباً وإياباً بسرعة أكبر مما تستطيع عينك أن تراه. ولكنك تستطيع بالتأكيد أن تسمعها، وتشعر بها وهي تهتز. وكل انحناءة في معكرونة الرامين هذه تنعكس على اهتزازاتها. يكون الاهتزاز... حركة الشوكة الرنانة ذهابًا وإيابًا. ولكن ما الذي يسبب هذه الالتواءات؟ تنشأ هذه الالتواءات عن طريق مجال كهرومغناطيسي.

المجالات الكهرومغناطيسية

المجالات الكهرومغناطيسية تتولد هذه الظاهرة نتيجة دوران الأجرام الكوكبية الكبيرة مثل الأرض أو الشمس. يدور قلب الأرض المنصهر أثناء دورانها، والاحتكاك الذي يحدث أثناء دورانها يولّد المجال المغناطيسي للأرض. إذا سبق لك أن رأيت الشفق القطبي، فقد رأيت المجال المغناطيسي للأرض أثناء عمله. هذا المجال المغناطيسي هو ما يتسبب في تموج الشفق القطبي في موجات عبر السماء. يتم إخراج الجسيمات المشحونة كهربائيًا من الشمس عندما تصدر تلك الريح الشمسية الرهيبة والمخيفة... تسمى تقنيًا "القذف الكتلي الشمسي" أو "التوهجات الشمسية". تتفاعل الجسيمات الكبيرة حقًا مع الغلاف المغناطيسي المحيط بالأرض، مما يخلق ذلك العرض الضوئي المذهل. لكن الكهرباء والمغناطيسية تعملان أيضًا معًا لإنشاء ما ندركه على أنه "لون".

أنا أعرف…من يهتمحسنًا، إذا كنت تحاول فهم اللون، فأنت تفعل ذلك، لأن هذا التذبذب ذهابًا وإيابًا أثناء جذب هذين الحقلين لبعضهما البعض يأخذ الشكل المادي لـ "الموجة". الموجات نكون الاهتزاز هو ما يشع من المصدر سواء كان شوكة رنانة أو شمس. الموجات هي ما يجعل الضوء يتحرك. سرعة هذا التذبذب ذهابًا وإيابًا هي ما يجعل الضوء يتحرك بهذه السرعة. والجزء الرائع هنا هو أن التذبذب المستمر لهذه الموجة والسرعة التي تهتز بها هي ما يجعل ضوء الشمس الذي يبدو ذهبيًا أو أبيضًا للعين المجردة يتجمع في الألوان التي تشكل الطيف.

ولكن كيف يقوم المجال الكهرومغناطيسي بذلك؟ إن المجالات الكهرومغناطيسية في الواقع كيانان منفصلان... المجالات الكهربائية والمجالات المغناطيسية. فالمجالات الكهربائية تخلق مجالات مغناطيسية، والمجالات المغناطيسية تخلق مجالات كهربائية. والعلاقة بينهما مماثلة للعلاقة التي تربطنا بالأشجار. فالشجرة تتنفس الأكسجين الذي نتنفسه. وفي المقابل، نتنفس ثاني أكسيد الكربون الذي تتنفسه الشجرة. وكل منا يحتاج إلى ما لدى الآخر من أجل البقاء.

التذبذب

إن هذا التذبذب بين الأشجار والبشر يشبه تمامًا التذبذب التكافلي بين المجالين الكهربائي والمغناطيسي. فهما موجودان في دورة لا تنتهي من الحركة ذهابًا وإيابًا تسمى "التذبذب". هذا التذبذب المستمر ذهابًا وإيابًا يدفع الموجات إلى الحركة للأمام. تتسبب سرعة هذا التذبذب ذهابًا وإيابًا في تحرك الموجات بسرعة فائقة حقًا. مثل شوكة الرنين، فإن التذبذب سريع جدًا بحيث لا يمكن للعين المجردة إدراكه. ولكن مثل قطرات الماء في الهواء التي تخلق قوس قزح في الطبيعة، فإن زجاج المنشور يفعل الشيء نفسه. عندما يمر الضوء عبر الزجاج، فإنه يسمح لنا بتقسيم موجات الضوء إلى الأجزاء التشريحية التي نسميها "لون"لماذا تختلف ألوان هذه الموجات؟ الإجابة المختصرة هي أن الموجات ليست كلها متساوية. والإجابة الأطول هي موضوع درسنا التالي: "ديناميكيات الموجات".

يبحث

مكتبة

المنتديات

فوتوشوب

الرسام التوضيحي

إنديزاين

رسام

إعلان