هل الضوء جسيم ام موجة

هل الضوء جسيم ام موجة ؟، حيث يعد الضوء أحد أنواع الإشعاع في الطيف الكهرومغناطيسي، كما ويعد الضوء أساس عملية الإبصار عند الكائنات، وفي هذا المقال سنتحدث بالتفصيل عن الضوء، كما وسنوضح ما هي طبيعة الضوء، وهل يعتبر جسيم أو هو عبارة عن موجة.

ما هو الضوء في الفيزياء

الضوء (بالإنجليزية: Light)، هو احد أنواع الطيف الكهرومغناطيسي، وهو المسؤول عن عملية الإبصار عند الكائنات الحية، وذلك لأن هذا الطيف مرئي للعين البشرية وأغلب أعين الحيوانات والمخلوقات الحية، ويعرف الضوء المرئي عادة بأنه له أطوال موجية في حدود 400 نانومتر إلى 700 نانومتر، حيث يقع هذا الطيف المرئي بين الأشعة تحت الحمراء ذات الأطوال الموجية الأطول من الضوء، وبين الأشعة فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية الأقصر من الضوء، كما وإن الضوء يتم تميزه من خلال الشدة، وإتجاه الإنتشار، والتردد أو طيف الطول الموجي، والإستقطاب، حيث إن هذه الخصائص هي التي تميز الضوء الأقوى عن الضوء الأضعف.

في الواقع تبلغ سرعة الضوء في الفراغ حوالي 299792458 متر/ثانية، وتعد هذه السرعة هي الحد الأعلى للسرعة في الكون حسب النظرية النسبية لأينشتاين، ولذلك تعد سرعة الضوء واحدة من الثوابت الأساسية للطبيعة، ولكن تتأثر سرعة الضوء بطبيعة المادة التي تسير من خلالها والتي تسمى بالوسيط، وبمعنى آخر أن سرعة الضوء تكون أقل في الماء أو حتى الزجاج بالنسبة لسرعة الضوء في الفراغ، وعلى عكس الصوت فإن الضوء لا يحتاج إلى وسط ناقل للإنتقال من مكان إلى آخر.[1]

شاهد ايضاً: معلومات هامة عن نظرية سرعة الضوء

هل الضوء جسيم ام موجة

إن الضوء يمتلك كلا الخاصيتين معاً لتجعله موجة أو جسيم، وقد يبدو هذا غريباً بعض الشيء، ولكن هذا ما تم إثباته في التجارب العلمية على الضوء، حيث أكد أينشتاين أن الضوء عبارة عن جسيم يسمى الفوتون، وإن وتدفق الفوتونات هي عبارة عن موجة، ولقد تم إثبات الطبيعة المزدوجة للضوء كجسيم وموجة في التجارب العلمية الحديثة، وقد جاءت هذه الفكرة لأينشتاين من خلال تجاربه عن الضوء.

أجرى الفيزيائي الألماني ألبرت أينشتاين بحثاً عن التأثير الكهروضوئي، ووجد أن الإلكترونات تطير من سطح معدني معرض للضوء، وقد لاحظ أينشتاين أن طاقة الإلكترونات أو الإلكترونات الضوئية التي تخرج من المعدن لا تتغير سواء كان الضوء ضعيف أم قوي أي لا تتأثر بشدة الضوء، وهذا يعارض فكرة أن الضوء هو موجة، حيث أنه إذا كان الضوء عبارة عن موجة، فيجب أن يتسبب الضوء القوي في خروج الإلكترونات الضوئية بقوة كبيرة، كما وإنه من الأمور المحيرة الأخرى في التجربة كيف تتكاثر الإلكترونات الضوئية عند تطبيق ضوء قوي، ولذلك شرح أينشتاين التأثير الكهروضوئي بالقول إن الضوء بحد ذاته جسيم، ولهذا حصل على جائزة نوبل في الفيزياء، ومن خلال أعمال ماكس بلان، وإرفين شرودنغر، وألبرت آينشتاين، وبول ديراك، ولويس دي بروي، وآرثر كومبتون، ونيلز بور وعلماء آخرين، ترى النظرية العلمية الحالية أن الضوء له طبيعة مزدوجة كجسيم وموجة.[2]

شاهد ايضاً: بحث عن الضوء وطاقة الكم

تاريخ دراسة طبيعة الضوء

في الحقيقة كان وراء سؤال هل الضوء جسيم أم موجة تاريخ طويل من الدراسات والأبحاث والنظريات العلمية، وقد أختلف العلماء سابقاً على طبيعة الضوء، وفي ما يلي ملخص لتاريخ دراسات طبيعة الضوء، وهي كالأتي:[3]

طبيعة الضوء عند نيوتن

منذ حوالي عام 1700 ميلادي توصل السير إسحق نيوتن إلى أن الضوء عبارة عن مجموعة من الجسيمات، وإن السبب في إن نيوتن أعتقد بأن الضوء هو جسيم، بسبب أن الضوء كان يسير في خط مستقيم، وقد أدرك الفيزيائي الإنجليزي السير إسحاق نيوتن المعروف بقانونه للجاذبية العالمية، أن الضوء له خصائص تشبه التردد، وذلك عندما إستخدم المنشور لتقسيم ضوء الشمس إلى الألوان المكونة له. ومع ذلك فقد إعتقد أن الضوء كان جسيم لأن محيط الظلال الذي خلقه الضوء كان حاداً وواضحاً للغاية.

طبيعة الضوء عند جريمالدي وهيجنز

تم إقتراح نظرية الموجة، والتي تؤكد أن الضوء عبارة عن موجة، في نفس الوقت تقريباً مع نظرية نيوتن عن الضوء، حيث إكتشف الفيزيائي الإيطالي فرانشيسكو ماريا جريمالدي ظاهرة حيود الضوء وأشار إلى أنها تشبه سلوك الموجات، وبعد ذلك أسس الفيزيائي الهولندي كريستيان هيغنز نظرية الموجة للضوء وأعلن مبدأ هيغنز عن الضوء.

طبيعة الضوء عند فرينل ويونغ

بعد حوالي 100 عام من زمن نيوتن، إعتقد الفيزيائي الفرنسي أوغستين جان فريسنل أن الضوء هو موجة، وإن موجات الضوء لها طول موجي قصير للغاية، وفي عام 1815 ميلادي إبتكر قوانين فيزيائية لإنعكاس الضوء وإنكساره أيضاً، كما وافترض أن الفضاء مليء بوسيط يعرف بإسم الأثير لأن الموجات تحتاج إلى وسط ناقل.

طبيعة الضوء عند ماكسويل

تم تقديم النظرية التالية عن الضوء من قبل الفيزيائي الإسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل، حيث تنبأ بوجود موجات كهرومغناطيسية لم يتم تأكيد وجودها قبل ذلك الوقت، ومن تنبؤاته جاء مفهوم الضوء على أنه موجة، حيث أعتبر ماكسويل أن الضوء هو موجة من الموجات الكهرومغناطيسية، وفي في عام 1861 ميلادي قدم ماكسويل أربع معادلات للنظرية الكهرومغناطيسية، والتي تبين أن المجالات المغناطيسية والمجالات الكهربائية مرتبطة إرتباطاً وثيقاً ببعضها البعض، وأدى ذلك إلى إدخال مفهوم الموجات الكهرومغناطيسية مع الضوء المرئي في أبحاث الضوء.

طبيعة الضوء عند أينشتاين

في الواقع إختفت نظرية الضوء كجسيم تماماً حتى نهاية القرن التاسع عشر عندما أعادها ألبرت أينشتاين، حيث إعتقد أينشتاين أن الضوء عبارة عن جسيم يسمى الفوتون، وإن وتدفق الفوتونات هي عبارة عن موجة، كما وأكد أن الفوتونات لها طاقة تساوي تردد التذبذب الثابت في بلانك، وأن طاقة الفوتون هي إرتفاع تردد التذبذب، بينما شدة الضوء هي كمية الفوتونات، وفي الوقت الحالي تم إثبات الطبيعة المزدوجة للضوء كجسيم وموجة، وتطورت نظريتها الأساسية من الكهرومغناطيسية إلى ميكانيكا الكم.

شاهد ايضاً: كيف يسلك الضوء سلوك الموجات

وفي ختام هذا المقال نكون قد عرفنا إجابة سؤال، هل الضوء جسيم ام موجة، كما ووضحنا نبذة تفصيلية عن الضوء، بالإضافة إلى شرح كيف يتصرف الضوء كموجة وكجسيم، وذكرنا تاريخ الدراسات والأبحاث على طبيعة الضوء، وسبب إختلاف العلماء حول طبيعة هذه الطيف الكهرومغناطيسي.