شرح الطبيعة الموجية للضوء

الطبيعة المزدوجة للضوء

بدأ العلماء في فهم خصائص الضوء في أواخر القرن السابع عشر، حيث قدموا ثروةً من الأدلة التي تثبت أن للضوء طبيعة مزدوجة، حيث يُظهر الضوء سلوكيات مميزة لكل من الموجات والجسيمات، أي أنه ذو طبيعةٍ ماديةٍ وموجيةٍ في آنٍ واحد، وقد اقترح عالم الفيزياء إسحاق نيوتن أن الضوء يتكون من جسيمات دقيقة تعرف بالفوتونات، أي أنه ذو طبيعةٍ مادية، بينما اعتقد كريستيان هيغنز أن الضوء يتكون من موجات تنتشر بشكل عمودي على اتجاه حركتها، أي أنه ذو طبيعةٍ موجية أيضًا.^[١][٢]

الطبيعة الموجية للضوء

يظهر الضوء بعض السلوكيات الخاصة بأي موجة والتي يصعب تفسيرها من منظور الجسيمات (أي اعتبار أن الضوء يتألف من جسيمات أو دقائق مادية فقط)، حيث لُوحظ أن الضوء ينعكس بنفس طريقة انعكاس أي موجة، وكذلك ينكسر بنفس الطريقة، إضافة إلى أنه ينحرف كما تنحرف الموجات الأخرى، كما أنه يتعرض للتداخل بنفس الطريقة التي تتداخل بها الموجات، أي أنه يتصرف بطريقة تتفق مع المعنى المفاهيمي والرياضي للموجات، ونظرًا لأن الضوء يتصرف كموجة، فإن هذا يعتبر سببًا كافيًا ووجيهًا لتصنيف الضوء على أنه موجة، أو القول بأن له طبيعةً موجية إلى جانب طبيعته المادية بالطبع.^[١]

يصنف الضوء على أنه أحد الموجات الكهرومغناطيسية لأنه متألف من كلا المجالين الكهربائي والمغناطيسي، والضوء هو جزء واحد فقط من الطيف الكهرومغناطيسي، وهو الجزء الذي تستطيع العين البشرية رؤيته وتمييزه، وغالبًا ما يشير مصطلح "موجات الضوء" في الفيزياء إلى جميع الموجات في الطيف الكهرومغناطيسي، وتعتبر الموجات الكهرومغناطيسية موجات مستعرضة لأنه اتجاه حركتها الاهتزازية (أو اهتزاز جزئيات الوسط الناقل للموجه) يكون عموديًا على اتجاه انتشار الموجة، وعليه فإن الضوء يصنف كموجة كهرومغناطيسية مستعرضة دائمًا.^[٣][٢]

أبرز خصائص الموجات الضوئية

يمتلك الضوء كغيره من الموجات مجموعة من الخصائص، ومنها ما يأتي:

انعكاس الضوء

انعكاس الضوء هو ارتداد الشعاع الضوئي عند ارتطامه بسطح عاكس؛ مثل المرايا، على شكل شعاع ضوئي منعكس بحيث يعود إلى نفس الوسط الذي صدر عنه، وتعتمد ظاهرة انعكاس الضوء على طبيعة السطح دائمًا.^[٤]

انكسار الضوء

من المعروف أن الضوء، مثل أي موجة ينكسر أثناء مروره من وسط إلى وسط آخر، حيث إن للضوء سلوكًا اكساريًا يتبع نفس القواعد المفاهيمية والرياضية التي تحكم السلوك الانكساري للموجات الأخرى، مثل موجات الماء والموجات الصوتية، ويحدث انكسار الضوء عندما تمر من وسط إلى وسطٍ آخر، أي عندما تعبر الموجة الحد الفاصل بين الوسيطين، مما يؤدي إلى حدوث انحناء في مسار الشعاع الضوئي، ويعتمد اتجاه الانحناء على السرعة النسبية للوسطين.^[١]

حيود الضوء

حيود الضوء هو الانحناء الطفيف والبسيط الذي يحدث للضوء أثناء مروره عبر وسط ما ووجود جسم معيق لحركته أمامه، مما يجبر الضوء على الانحناء حول الجسم المعيق لمواصلة حركته.^[٥]