النظرية الموجية للضوء - الضوء .. الفيزياء
النظرية الموجية للضوء
في عام ١٦٨٠ ، عرض كريستيان هيجنز لنظرية جديدة تقول بانتقال الضوء على شكل موجات . الا أنها بقيت تفتقر الى برهان محدد طيلة قرن من الزمن . فقد كان من الممكن تفسير انعكاس الضوء . وانكساره بشكل مقنع بواسطة نظرية الانتشار المستقيم للضوء .
وكان لا بد من اكتشاف ظاهرة تداخل الضوء واكتشافها عام ۱۸۰١ من قبل توماس يونغ لكي تتكرس نظرية الضوء الموجية وتصبح أمرا حقيقيا فعندما تصدر من منبع واحد موجتان ضوئيتان لهما نفس التردد ، وتصلان الى نقطة معينة بعد أن تكونا قد اجتازتا طريقين مختلفين ، تتداخل كل واحدة منهما مع الثانية وتكون السعة المحصلة لهما مساوية لمجموع سعة كل منهما ، فتتضاعف قيمتها في حالة التداخل البناء ، وتنعدم نهائيا في حالة التداخل الهدام . ويكون نمط التداخل الحاصل مكونا من مجموعة خطوط داكنة تتناوب مع مجموعة أخرى من الخطوط المنيرة ويتكون الخط المنير عندما يكون الفرق بين مسار الموجتين ، ف ، مساويا لعدد كامل من طول الموجة ف = ن ا حيث تمثل ن احد الاعداد الصحيحة ١ ، ۲ ، ۳ ، ۰۰۰ ، ويكون الخط داكنا عندما يكون فرق المسار مضاعفا مفردا لنصف طول الموجة ف = ن ا / ٢ وابرز مثال على ظاهرة التداخل الالوان التي تتشكل في فقاقيع الصابون وفي أغشية الزيت الرقيقة .
لم يكن من الممكن تفسير ظاهرة التداخل الضوئي دون الاستعانة بالنظرية الموجية للضوء ، رغم ان هذه النظرية عجزت عن تفسير التفاعل بين المادة والاشعة .
وكان بلانك قد اطلق مسلمته الشهيرة القائلة بأن تبادل الطاقة بين الاشعة والمادة يظهر من خلال امتصاص المادة أو بعثها لجسم صغير من الطاقة اسمه الكم . وقد ساهمت النظرية الكهرضوئية في تدعيم هذه الفرضية ، وأدت بعد ذلك الى ايجاد مفهوم يعتبر الاشعة بمثابة بخار من الكمات يطلق عليها اسم الفوتونات ، وتسير في الفضاء رعة الضوء نفسه وتبعا للظروف الموجودة ، يعتبر الضوء اما بمثابة حركة للموجات المكونة له واما بمثابة حركة للجسيمات التي يحملها وهذه الطبيعة الازدواجية ليست محصورة في الاشعاع وحده ، وانما تطبق ايضا على بعض الجسيمات الاخرى كالالكترونات ويكون طول الموجة المرافقة لحركة الجسيم مرتبطا بكمية تحركهم ( أي حاصل ضرب سرعته بكتلته ) وفقا للمعادلة التالية ل = h م حيث تمثل h ثابتة بلانك . جميع هذه المفاهيم شكلت اساسا لنظرية الكم .
ويعتبر مبدأ الريبة الذي وضعه ورنر هايزنبرغ أحد نتائج هذه النظرية ، وينص على استحالة القيام بقياسات دقيقة وانية لبعض خصائص الجسيم المعروفة . كموقعه س وكمية تحركه م ، وذلك بسبب احتواء هذه القياسات على شيء من الريبة في قيمتها .
مثال ذلك ، تؤدي مشاهدة جسيم ما بواسطة حزمة ضوئية الى حصول تصادمات بينه وبين الفوتونات المكونة للحزمة ، فيتشوش موقع الجسيم وتتغير سرعته ، الامر الذي لا يسمح بتحديد كمية تحركه وموقعه بشكل دقيق .
( نمط التداخل الناتج عن منبعين ضوئيين متماسكين )
( تكوين الاماكن المنيرة والاماكن المظلمة بواسطة التداخل البناء والتداخل الهدام )
النظرية الموجية للضوء
في عام ١٦٨٠ ، عرض كريستيان هيجنز لنظرية جديدة تقول بانتقال الضوء على شكل موجات . الا أنها بقيت تفتقر الى برهان محدد طيلة قرن من الزمن . فقد كان من الممكن تفسير انعكاس الضوء . وانكساره بشكل مقنع بواسطة نظرية الانتشار المستقيم للضوء .
وكان لا بد من اكتشاف ظاهرة تداخل الضوء واكتشافها عام ۱۸۰١ من قبل توماس يونغ لكي تتكرس نظرية الضوء الموجية وتصبح أمرا حقيقيا فعندما تصدر من منبع واحد موجتان ضوئيتان لهما نفس التردد ، وتصلان الى نقطة معينة بعد أن تكونا قد اجتازتا طريقين مختلفين ، تتداخل كل واحدة منهما مع الثانية وتكون السعة المحصلة لهما مساوية لمجموع سعة كل منهما ، فتتضاعف قيمتها في حالة التداخل البناء ، وتنعدم نهائيا في حالة التداخل الهدام . ويكون نمط التداخل الحاصل مكونا من مجموعة خطوط داكنة تتناوب مع مجموعة أخرى من الخطوط المنيرة ويتكون الخط المنير عندما يكون الفرق بين مسار الموجتين ، ف ، مساويا لعدد كامل من طول الموجة ف = ن ا حيث تمثل ن احد الاعداد الصحيحة ١ ، ۲ ، ۳ ، ۰۰۰ ، ويكون الخط داكنا عندما يكون فرق المسار مضاعفا مفردا لنصف طول الموجة ف = ن ا / ٢ وابرز مثال على ظاهرة التداخل الالوان التي تتشكل في فقاقيع الصابون وفي أغشية الزيت الرقيقة .
لم يكن من الممكن تفسير ظاهرة التداخل الضوئي دون الاستعانة بالنظرية الموجية للضوء ، رغم ان هذه النظرية عجزت عن تفسير التفاعل بين المادة والاشعة .
وكان بلانك قد اطلق مسلمته الشهيرة القائلة بأن تبادل الطاقة بين الاشعة والمادة يظهر من خلال امتصاص المادة أو بعثها لجسم صغير من الطاقة اسمه الكم . وقد ساهمت النظرية الكهرضوئية في تدعيم هذه الفرضية ، وأدت بعد ذلك الى ايجاد مفهوم يعتبر الاشعة بمثابة بخار من الكمات يطلق عليها اسم الفوتونات ، وتسير في الفضاء رعة الضوء نفسه وتبعا للظروف الموجودة ، يعتبر الضوء اما بمثابة حركة للموجات المكونة له واما بمثابة حركة للجسيمات التي يحملها وهذه الطبيعة الازدواجية ليست محصورة في الاشعاع وحده ، وانما تطبق ايضا على بعض الجسيمات الاخرى كالالكترونات ويكون طول الموجة المرافقة لحركة الجسيم مرتبطا بكمية تحركهم ( أي حاصل ضرب سرعته بكتلته ) وفقا للمعادلة التالية ل = h م حيث تمثل h ثابتة بلانك . جميع هذه المفاهيم شكلت اساسا لنظرية الكم .
ويعتبر مبدأ الريبة الذي وضعه ورنر هايزنبرغ أحد نتائج هذه النظرية ، وينص على استحالة القيام بقياسات دقيقة وانية لبعض خصائص الجسيم المعروفة . كموقعه س وكمية تحركه م ، وذلك بسبب احتواء هذه القياسات على شيء من الريبة في قيمتها .
مثال ذلك ، تؤدي مشاهدة جسيم ما بواسطة حزمة ضوئية الى حصول تصادمات بينه وبين الفوتونات المكونة للحزمة ، فيتشوش موقع الجسيم وتتغير سرعته ، الامر الذي لا يسمح بتحديد كمية تحركه وموقعه بشكل دقيق .
( نمط التداخل الناتج عن منبعين ضوئيين متماسكين )
( تكوين الاماكن المنيرة والاماكن المظلمة بواسطة التداخل البناء والتداخل الهدام )
تعليق