حقائق مدهشة قد لا تعرفها عن الضوء
عندما يسقط الضوء على أشياء مختلفة ، يمتص جزءًا منه ويعكس جزءًا آخر من على العين يتم استقباله بواسطة الأعصاب البصرية ويرسل الإشارة إلى الدماغ ، الذي يترجمها إلى الصورة التي تراها العين. بالإضافة إلى دوره الرئيسي في الرؤية وأهميته في تطبيق الفيزياء النظرية ، فإنه يلعب أيضًا دورًا مهمًا في عملية البناء الضوئي للنبات.
تحتوي الأسطر التالية على خمس حقائق مدهشة قد لا تعرفها عن الضوء.
1. الضوء جسيم وموجة
يصف الفيزيائيون الضوء على أنه جسيم وموجة ، ولكن كيف يجمعون بين خصائص كل منهما؟ الجسيم هو جسم مادي يتحرك في خط مستقيم حتى يغير شيء ما اتجاهه. الموجات هي اهتزازات تنقل الطاقة من مكان إلى آخر. نظرًا لأن الموجات والجسيمات لها معادلات رياضية وخصائصها الفيزيائية الخاصة ، فأنت بحاجة أولاً إلى تحديد ما يجب فعله بها لتحديد كيفية التعامل معها.
ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بالضوء ، فإن الأشياء مختلفة: اكتشف الفيزيائيون من خلال التجارب أنها تتصرف مثل الموجة والجسيم ، لكنهم كانوا قادرين فقط على ملاحظة السلوكين معًا في عام 2015 عندما تمكن العلماء في معهد بحوث مدرسة لوزان الاتحادية للفنون التطبيقية (EPFL) في سويسرا من التقاط صورة لهذا السلوك المزدوج ، وكانت هذه أول صورة لسلوك الضوء كموجة وجسيمات في نفس الوقت.
يتكون الضوء من أشعة صغيرة تسمى الفوتونات. تعمل هذه الفوتونات كجسيمات. إذ إنها تنكسر، وتنعكس، وتتشتت، وتُستقطب، وتحيد عن مساراتها. كما أن لها خصائص الأمواج ، ولها تردد وطول موجي وطول موجة وتتداخل عندما تلتقي.
2. سرعته أعلى سرعة يعرفها الإنسان
أظهرت نظرية النسبية الخاصة لأينشتاين أن سرعة الضوء في الفراغ هي 1.07 مليار كيلومتر في الساعة أو ما يقرب من 300 كيلومتر / ثانية ، وهي أعلى سرعة معروفة للبشر ولا يمكن تجاوزها.
على الرغم من أن الشمس تبعد عنا تقريبًا 149 مليونًا و 597 ألفًا و 886 كم ، إلا أن ضوءها يستغرق حوالي ثماني دقائق فقط للوصول إلى الأرض بسبب سرعتها الفائقة.
نظرًا لأن سرعة الضوء هي الأعلى ، فقد استخدم العلماء هذه السرعة لقياس المسافات الفلكية. عندما نقول أن كوكبًا يبعد 3.5 كيلومترًا عن كوكبنا ، فهذا يعني أن الوصول إلى هذا الكوكب يستغرق ثلاث سنوات ونصف إذا تحركنا بسرعة ثابتة تبلغ حوالي 300 كيلومتر في الثانية ، وهي سرعة الضوء المقابلة.
في مختبرات الأبحاث ، يعمل العلماء على تسريع الجزيئات للفحص بالأجهزة التي تستخدم المجالات الكهرومغناطيسية النبضية ، مثل جاهز مصادم الهدروانت الكبير في مختبر فيرميلاب الأمريكي. ويمكنهم بالفعل تسريع الجسيمات المشحونة إلى 99.99999896٪ من سرعة الضوء.
3. تختلف سرعة الضوء باختلاف الوسط
ذكرنا أن سرعة الضوء في الفراغ حوالي 300 كيلومتر في الثانية ، ولكن ماذا عن الوسائط الأخرى مثل الماء والهواء؟ عندما ينتقل الضوء من فراغ إلى وسيط آخر مثل الهواء ، تتباطأ سرعته بمقدار مؤشر الانكسار للوسيط ، ويفعل ذلك لأنه ينثر بعض جزيئاته في تلك المادة أو وسط جديد وبالتالي تنخفض سرعته يتم تحديد درجة التأخير بمؤشر الانكسار للوسط. إذا تحركت بين وسيلتين بكثافة مختلفة ، مثل الماء والهواء ، فإنها تتعطل أيضًا بسبب السرعات المختلفة في هذه الوسائط.
يتم تعريف الانكسار على أنه التغيير في مسار الضوء عندما يتحرك بين وسيطين مختلفين. على سبيل المثال ، عندما ينتقل الشعاع من الهواء إلى الماء ، فإنه يغير مساره بسبب الاختلاف في السرعة بين الوسطين ، وهو ما يفسر روئيتنا أنكسار القلم عند وضعه في كوب من الماء.
4. العين البشرية محدودة الرؤية
يمكن للعين البشرية رؤية الضوء الذي يتراوح طوله بين 380 و 700 نانومتر. تسمى هذه المنطقة الطيف المرئي ، الذي يشكل جزءًا صغيرًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي من الضوء. يقع هذا الطيف بين الألوان البنفسجية وطولها الموجي 380 نانومتر والأحمر بطول موجة 700 نانومتر.
لا يمكن رؤية الطيف خارج حدود هذا النطاق ، سواء كان أقل أو أعلى ، بالعين المجردة. الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء خارج النطاق المرئي غير مرئية للعين البشرية.
والسبب في ذلك هو أن العين البشرية لديها ثلاثة أنواع من مستقبلات الألوان التي يتم ضبطها على الأطوال الموجية الطويلة والمتوسطة والقصيرة للضوء التي يراها البشر الأحمر والأخضر والأزرق. من خلال مقارنة الإشارات العصبية من هذه المستقبلات الثلاثة إلى الدماغ ، يمكن للعين رؤية جميع الألوان في الطيف المرئي.
5. للحيوانات طيف مرئي آخر
على عكس البشر ، يمكن للعديد من الحيوانات رؤية بعض أطياف الضوء خارج حدود الطيف البشري. ومن هذه الحيوانات ، يمكن أن تصل الأشعة فوق البنفسجية إلى الشبكية وتحويلها إلى إشارات عصبية تنتقل إلى الدماغ ويدركها الجهاز البصري.
تطورت عيون الحيوانات من أسلافها للتكيف مع البيئة. على سبيل المثال ، يمكن للنحل وبعض الحشرات الأخرى الاستدلال على رحيق الأزهار في هذا النطاق الطيفي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لحيوان للرنة في هذه النطاق التمييز بين الدببة القطبية التي تختفي في الثلج وتجنبها.
هناك أيضًا نوع من الطيور يعتمد على كمية الأشعة فوق البنفسجية المنعكسة من فراخها. يعتقد أن الفراشات لديها أكبر نطاق ضوئي وتستخدم الأشعة فوق البنفسجية للعثور على شركاء أكثر صحة.
تعليقات
إرسال تعليق