يوجد خلط علمي شائع بين الباحثين، حيث يبحثون عن العلاقة بين الضوء والطاقة الكمية، وهل الضوء هو موجة أم طاقة؟ كل هذه التساؤلات تأتي في ذهن الباحثين الذين يدرسون الضوء وطبيعته. يعرض موقع موسوعة اليوم موضوعًا بعنوان “بحث عن الضوء والطاقة الكمية” ويستعرض فيه آراء العلماء حول الضوء وطبيعته، ويوضح نظرية الكم والضوء ومساهمات العلماء المختلفة في فهم طبيعة الضوء، سواء كان ينظر إليه على أنه مادة أو طاقة مادية.
بحث عن الضوء وطاقة الكم شامل
تعريف الضوء
يمكن تعريف الضوء على أنه إشعاع كهرومغناطيسي، ولا يقتصر الضوء على ما يمكن للإنسان رؤيته فقط، فعلى الرغم من أن الضوء هو المسؤول عن الرؤية، إلا أن هناك بعض الأشكال من الضوء التي لا يمكن للإنسان رؤيتها.
يستطيع الإنسان رؤية الأشعة بين الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية، ولكن لا يمكنه إدراك الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.
آراء العلماء في طبيعة الضوء
ابن الهيثم: يعد ابن الهيثم (عاش ما بين عامي 965 إلى 1039 م) من أوائل العلماء الذين أدخلوا الدقة في دراسة الضوء، حيث قدم في كتابه “المناظر” نظرياته حول طبيعة الضوء، وفرق ابن الهيثم بين الضوء واللون، كما كان أول من فسر عملية الإبصار بشكل علمي صحيح.
اسحق نيوتن: في عام 1666 ميلاديًا، قدم العالم إسحاق نيوتن نظريته حول الضوء وأوضح أن الضوء يتكون من اجتماع جميع الألوان، حيث اكتشف أن الضوء يتكون من ألوان يمكن فصلها عن بعضها البعض من خلال التجربة التي قام بها.
كريستيان هوجينز: قدم الفيزيائي الهولندي كريستيان هويغنز نظريات حول الضوء، معتبرًا أن الضوء هو موجات.
تعريف نظرية الكم
تتميز نظرية الكم بأنها الأساس الذي يقوم عليه الفيزياء الحديثة التي تدرس الأجسام ذات الحجم المتناهي، حيث إن علم الفضاء يدرس الأجسام الكبيرة مثل المجرات والكواكب والنجوم، في حين تعنى الفيزياء الكمومية بالجسيمات ذات الحجم الأصغر من الذرة، والتي تقاس بوحدة النانوميتر، والتي تأتي في مرتبة أقل من الذرة. والهدف من دراسة هذه الأجسام هو فهم كيفية حدوث الأشياء من خلال تفكيكها إلى أصغر وحدة ممكنة.
ماكس بلانك ودراسته للضوء
يُعد المهندس الألماني ماكس بلانك أبًا روحيًا لميكانيكا الكم، حيث وُلد في مدينة كيل الألمانية عام 1858م، ونال درجة الدكتوراه بتقدير الشرف وهو في العشرينيات من عمره، وأعلن اكتشافاته العظيمة حول كمومية المادة في ديسمبر 1900م، مما أدى إلى ثورة علمية جديدة.
قدم ماكس بلانك أساس الفيزياء الحديثة من خلال اكتشافه بأن الطاقة تنتقل عبر جسيمات صغيرة جدًا تسمى الكمات، وأنه لا توجد جسيمات أصغر من هذه الكمات في الكون، وقد قدم ثابتًا رياضيًا لإثبات ذلك وسمي بـ “ثابت بلانك” تيمنًا بالعالم ماكس بلانك، وقد حصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1918 عن عمله في شرحه للكمومية وميكانيكا الكم.
أينشتاين ونظريته عن طبيعة الضوء المزدوجة
علماء الفيزياء القدامى افترضوا أن الضوء موجي التركيب، بينما قدم ماكس بلانك نظريته الكمومية التي توضح أن الضوء مكون من كموميات وهو عبارة عن طاقة، وهنا يأتي دور أينشتاين الذي قدم بحثه الذي كان حدثًا ثوريًا في ذلك الوقت عن طبيعة الضوء.
على الرغم من شهرة أبحاث أينشتاين ونظرياته حول النسبية العامة والنسبية الخاصة، فإن إمكانيات العلم في ذلك الوقت كانت محدودة في الكشف عن الإثباتات التي تم الكشف عنها في الأيام اللاحقة، ولذلك لم يحصل أينشتاين على جائزة نوبل في أبحاثه الأكثر شهرة، ولكن حصل على الجائزة بسبب تفسيراته وأبحاثه حول طبيعة الضوء.
طرح ألبرت أينشتاين تفسيرًا جديدًا لطبيعة الضوء، حيث أدرك أن الضوء له طبيعة مزدوجة، فهو يتمتع بخواص الموجات وخواص المادة في تفرد فريد لهذا العنصر الضوئي. وقدم أينشتاين هذا التفسير المزدوج للضوء، الذي لا يزال معتمدًا حتى اليوم، وأعطى تعريفًا جديدًا للضوء بأنه يتألف من جسيمات صغيرة تسمى الفوتونات، وهذه الفوتونات تحمل كمية من الطاقة وليس لها كتلة. وقد حصل أينشتاين على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1921 نظرًا لإسهاماته في شرح طبيعة الضوء.
