كل الأقسام

ما لا تعرفه عن الضوء

موقع مرافئ

ما لا تعرفه عن الضوء

ما لا تعرفه عن الضوء

الضوء في كل مكان حولنا ، ولكن ما مدى معرفتك حقًا بالفوتونات التي تتجاوزك؟

الضوء أكثر مما تراه العين. فيما يلي حقائق مفيدة عن الفوتونات:

1. يمكن أن تنتج الفوتونات موجات صدمة في الماء أو الهواء ، على غرار حواجز التطويق الصوتية.

لا شيء يمكن أن يسافر أسرع من سرعة الضوء في الفراغ. ومع ذلك ، يتباطأ الضوء في الهواء والماء والزجاج ومواد أخرى حيث تتفاعل الفوتونات مع الذرات ، الأمر الذي يكون له بعض النتائج المثيرة للاهتمام.

ضربت أشعة جاما الأعلى طاقة من الفضاء الغلاف الجوي للأرض متحركًا بسرعة أكبر من سرعة الضوء في الهواء. تنتج هذه الفوتونات موجات صدمية في الهواء ، تشبه إلى حد كبير طفرة الصوت ، لكن التأثير هو إنتاج المزيد من الفوتونات بدلاً من الصوت. تبحث المراصد مثل VERITAS في ولاية أريزونا عن تلك الفوتونات الثانوية ، والتي تُعرف باسم إشعاع Cherenkov. تعرض المفاعلات النووية أيضًا ضوء Cherenkov في الماء المحيط بالوقود النووي.

التوضيح لمعظم أنواع الضوء غير مرئي لأعيننا

2. معظم أنواع الضوء غير مرئية لأعيننا.

الألوان هي طريقة أدمغتنا في تفسير الطول الموجي للضوء: إلى أي مدى ينتقل الضوء قبل أن يكرر نمط الموجة نفسه. لكن الألوان التي نراها - تسمى الضوء "المرئي" أو "البصري" - ليست سوى عينة صغيرة من إجمالي الطيف الكهرومغناطيسي.

الأحمر هو أطول ضوء موجي نراه ، لكن نمتد الموجات أكثر وستحصل على الأشعة تحت الحمراء ، والميكروويف (بما في ذلك الأشياء التي تطبخ بها) وموجات الراديو. أطوال موجية أقصر من البنفسجي تمتد عبر الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما. الطول الموجي هو أيضًا بديل للطاقة: الأطوال الموجية الطويلة لضوء الراديو لها طاقة منخفضة ، وأشعة جاما ذات الطول الموجي القصير لها أعلى طاقة ، وهو سبب رئيسي لخطورة الأنسجة الحية.


3. يمكن للعلماء إجراء قياسات على فوتون واحد.

يتكون الضوء من جسيمات تسمى الفوتونات ، وهي حزم من المجال الكهرومغناطيسي تحمل كمية معينة من الطاقة. مع التجارب الحساسة بما فيه الكفاية ، يمكنك عد الفوتونات أو حتى إجراء قياسات على واحد. حتى أن الباحثين قاموا بتجميد الضوء مؤقتًا.

لكن لا تفكر في الفوتونات كما لو كانت كرات بلياردو. إنها أيضًا تشبه الأمواج: يمكنها أن تتداخل مع بعضها البعض لإنتاج أنماط من الضوء والظلام. كان نموذج الفوتون أحد أول انتصارات فيزياء الكم. أظهر العمل اللاحق أن الإلكترونات والجسيمات الأخرى للمادة لها أيضًا خصائص تشبه الموجة.


4. تستخدم الفوتونات من مسرعات الجسيمات في الكيمياء والبيولوجيا.

الأطوال الموجية للضوء المرئي أكبر من الذرات والجزيئات ، لذلك لا يمكننا حرفيًا رؤية مكونات المادة. ومع ذلك ، فإن الأطوال الموجية القصيرة للأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية مناسبة لإظهار مثل هذا الهيكل الصغير. من خلال طرق رؤية هذه الأنواع عالية الطاقة من الضوء ، يمكن للعلماء الحصول على لمحة عن العالم الذري.

يمكن لمسرعات الجسيمات أن تصنع فوتونات ذات أطوال موجية معينة عن طريق تسريع الإلكترونات باستخدام المجالات المغناطيسية ؛ وهذا ما يسمى "إشعاع السنكروترون". يستخدم الباحثون مسرعات الجسيمات لتصنيع الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية لدراسة بنية الجزيئات والفيروسات وحتى إنتاج أفلام تفاعلات كيميائية.


5. الضوء هو مظهر من مظاهر واحدة من أربع قوى الطبيعة الأساسية.

تحمل الفوتونات القوة الكهرومغناطيسية ، وهي إحدى القوى الأساسية الأربعة (جنبًا إلى جنب مع القوة الضعيفة والقوة الشديدة والجاذبية). عندما يتحرك الإلكترون عبر الفضاء ، تشعر به الجسيمات المشحونة الأخرى بفضل التجاذب الكهربائي أو التنافر. نظرًا لأن التأثير محدود بسبب سرعة الضوء ، فإن الجسيمات الأخرى تتفاعل في الواقع مع مكان وجود الإلكترون بدلاً من مكانه الفعلي. تشرح فيزياء الكم ذلك من خلال وصف الفضاء الفارغ بأنه خليط من الجسيمات الافتراضية. تطلق الإلكترونات فوتونات افتراضية ، تنتقل بسرعة الضوء وتضرب الجسيمات الأخرى ، وتتبادل الطاقة والزخم.


6. يتم إنشاء الفوتونات وتدميرها بسهولة.

على عكس المادة ، كل أنواع الأشياء يمكن أن تصنع الفوتونات أو تدمرها. إذا كنت تقرأ هذا على شاشة الكمبيوتر ، فإن الإضاءة الخلفية تصنع فوتونات تنتقل إلى عينك ، حيث يتم امتصاصها — ويتم تدميرها.

حركة الإلكترونات هي المسؤولة عن تكوين وتدمير الفوتونات ، وهذا هو الحال بالنسبة للكثير من إنتاج الضوء وامتصاصه. تحرك الكترون سينتج عن مجال مغناطيسي قوي فوتونات من تسارعها فقط.

وبالمثل ، عندما يضرب فوتون من الطول الموجي الصحيح ذرة ، فإنه يختفي وينقل كل طاقته لركل الإلكترون إلى مستوى طاقة جديد. يتم إنشاء وانبعاث فوتون جديد عندما يعود الإلكترون إلى موضعه الأصلي. الامتصاص والانبعاث مسؤولان عن الطيف الفريد للضوء الذي يمتلكه كل نوع من أنواع الذرات أو الجزيئات ، وهي طريقة رئيسية للكيميائيين والفيزيائيين وعلماء الفلك لتحديد المواد الكيميائية.

7. عندما تتلاشى المادة والمادة المضادة ، يكون الضوء منتجًا ثانويًا.

الإلكترون والبوزيترون لهما نفس الكتلة ، لكن خصائص كمومية معاكسة مثل الشحنة الكهربائية. عندما يلتقيان ، تلغي هذه الأضداد بعضها البعض ، وتحول كتل الجسيمات إلى طاقة على شكل زوج من فوتونات أشعة جاما.

8. يمك نك اصطدام الفوتونات لتكوين الجسيمات.

الفوتونات هي جسيماتها المضادة. ولكن إليكم الجزء الممتع: قوانين الفيزياء التي تحكم الفوتونات متماثلة بمرور الوقت. هذا يعني أنه إذا تمكنا من اصطدام إلكترون وبوزيترون للحصول على فوتونين من أشعة جاما ، يجب أن نكون قادرين على اصطدام فوتونين من الطاقة الصحيحة والحصول على زوج إلكترون-بوزيترون.

من الصعب القيام بذلك من الناحية العملية: تتضمن التجارب الناجحة عمومًا جزيئات أخرى غير الضوء فقط. ومع ذلك ، داخل المصادم LHC ، فإن العدد الهائل من الفوتونات التي يتم إنتاجها أثناء تصادم البروتونات يعني أن بعضها يصطدم أحيانًا ببعضها البعض.

يفكر بعض الفيزيائيين في بناء مصادم الفوتون الفوتوني ، والذي من شأنه أن يطلق حزمًا من الفوتونات في تجويف مليء بالفوتونات الأخرى لدراسة الجسيمات الناتجة عن الاصطدامات.

حقائق أخرى عن الضور

9. لما يقرب من نصف مليون سنة. هذه هي المدة التي استغرقها الكون بعد الانفجار العظيم كي يتمدد بما يكفي للسماح للفوتونات (جزيئات الضوء) بالسفر بحرية.


10. هذه الفوتونات لا تزال تعمل بشكل فضفاض ، ويمكن اكتشافها مثل الخلفية الكونية الميكروية ، وهج الميكروويف من جميع أنحاء السماء.

11. يتحرك الضوء عند "سرعة الضوء" الكاملة - 186،282.4 ميلًا في الثانية - فقط في الفراغ. في المصفوفة الكثيفة للماس ، تتباطأ إلى 77500 ميل في الثانية فقط.

12. الماس هو من الأحجار الكريمة: أي فوتون يدخل بسرعة يتعثر. يتطلب الأمر الكثير من الأزيز ذهابًا وإيابًا في غابة من ذرات الكربون لإيجاد مخرج. هذا العمل هو ما يعطي الماس بريقه المبهر.

13. يمكن للنظارات تصحيح الرؤية لأن الضوء يغير سرعته عندما ينتقل من الهواء إلى عدسة زجاجية أو بلاستيكية. هذا يتسبب في ثني الأشعة.

14. اللمعان البيولوجي هو أكبر مصدر للضوء في المحيطات. 90 في المائة من جميع الكائنات التي تعيش تحت حوالي 1500 قدم مضيئة.


15. تحول المصابيح المتوهجة 10 في المائة فقط من الطاقة التي تستهلكها إلى ضوء ، وهذا السبب في أن أوروبا حظرته بحلول عام 2012. وتتحول معظم الكهرباء إلى حرارة غير مرغوب فيها.

16. الضوء ليس له كتلة ، لكن لديه زخم. في وقت لاحق من هذا العام ، ستطلق جمعية الكواكب LightSail-1 ، في محاولة لالتقاط ضغط ضوء الشمس بالطريقة التي يجمع بها شراع القارب الرياح.

17. يشكل الضوء المرئي أقل من جزء من عشرة بلايين من الطيف الكهرومغناطيسي الذي يمتد من موجات الراديو إلى أشعة جاما.

18. تستطيع السمكة الذهبية رؤية الأشعة تحت الحمراء غير المرئية لنا. النحل والطيور والسحالي لها عيون تلتقط الأشعة فوق البنفسجية.

19. تضيء الشفق القطبي سماء الليل عندما تثير جزيئات الرياح الشمسية الذرات في الغلاف الجوي العلوي. يضيء الأكسجين في الغالب باللون الأخضر ؛ يساهم النيتروجين باللون الأزرق والأحمر.

الزوار شاهدوا أيضاً