الضوء

مصادر الضوء
يساعد الضوء على الرؤية، بارتداده من المصدر إلى العين. وتقسم مصادره إلى طبيعية وصناعية. ويأتي الضوء الطبيعي من المصادر، التي لا يمكن التحكّم فيها، مثل الشمس والنجوم. ويأتي الضوء الصناعي من مصادر، يمكن التحكم فيها، كالشموع ومصابيح السيارات، والمصابيح الكهربائية.

كيف ينتج الضوء؟
يأتي الضوء كله من ذرات، حصلت على طاقة، إما بامتصاصها الضوء من مصدر آخر؛ وإما لاصطدامها بجسيمات أخرى. والذرة التي اكتسبت هذه الطاقة الإضافية، تُسمى مثارة. وهي تبقى، عادة، مثارة، لفترة قصيرة، ثم تهبط، بإعطاء الطاقة الزائدة ذرة أخرى، أو تبعث ضوءاً، يحمل الطاقة الزائدة. وتختلف كمية الطاقة اللازمة لإثارة الذرات، وكمية الطاقة المنبعثة منها على شكل ضوء، باختلاف الذرات.

ويوصف الضوء، عادة، بأنه موجة، تشبه موجة المياه، التي تمر عبر البحيرات. ويمكن أن يوصف بأنه جسيمات صغيرة، تسمى الفوتونات. ويتحرك كل فوتون في خط مستقيم، يحاكي خط تحرك كرة البلياردو. وفي كلا الوصفَين السابقَين، يملك الضوء طاقة وكمية؛ وتحدِّد لونه الطاقة المحمولة من خلاله الموجات أو الفوتونات. فلو رأيت، مثلاً، تفاحة حمراء على كرسي أزرق، فكلُّ فوتون من التفاحة، يملك طاقة أقلّ من طاقة فوتون الكرسي.

وتثار الذرات بالتسخين، لكي تبعث الضوء. فمذكي النار (قضيب معدني)، يمكن تسخينه، حتى يصبح لونه أبيض، من شدة الحرارة. وبسبب التسخين، تتصادم الذرات الموجودة على سطح مذكي النار، بعنف، فيثير بعضها بعضاً، وتتخلص كلّ ذرة من طاقتها الزائدة، بأن تبعث ضوءاً. ولا تلبث أن تُثار مرات عدة، من خلال تصادمات أخرى، تسفر عن حالات متغيرة للذرات، التي تنطلق منها الفوتونات المختلفة الطاقات.

ويسفر تمازج الألوان الناتجة، عن اللون الأبيض. وكلما برد مذكي النار، فإن عدداً قليلاً من الذرات، يثار إلى طاقات عالية؛ ولذلك، فإن الذرات تبعث عدداً قليلاً من الفوتونات، ذات الطاقات العالية، التي ينتج منها الضوء الأزرق. وما دام الضوء الأحمر منبعثاً، فإن مذكي النار البارد، يبدو أحمر.

مصادر أخرى للضوء
كثير من المواد، تحصل على الطاقة، ثم تبعث ضوءاً، من دون أن تسخن إلى درجة كبيرة؛ في ما يسمى الإشعاع الضوئي. ويتوهج بعض المواد المشعة ضوئياً، في الظلام، لفترة طويلة، بعد أن تحصل على طاقة زائدة؛ ويُطلق عليها مواد ذات ومض فوسفوري. وتبقى الذرات مثارة، لبعض الوقت، قبل أن تهبط، وتبعث ضوءاً. وهناك مواد معينة، ذات ومض فوسفوري، تُستخدم في الترقيم، كتلك التي تتوهج في أوجه الساعات.

وثمة مواد أخرى، ذات تألق ضوئي، تبعث ضوءاً عند تعرّضها لطاقة تثيرها، وتسمى مواد فلورية، أو قابلة للفلورة. يعطي الحباحب (ذبابة ذات ألوان، وفي ذنبها شعاع)، وأنواع قليلة أخرى من الكائنات الحية، ضوءاً، في عملية، تُسمى الإشعاع الضوئي الحيوي؛ وفي هذه العملية، تتحد المواد الكيماوية، الموجودة في الكائن الحي، لإنتاج مواد كيماوية مختلفة، تحتوي على ذرات مُثارة. وتعطي هذه الذرات فوتونات، عندما تتخلص من الطاقة المثيرة.

وتتوهج الشمس، بسبب التفاعلات النووية بين ذرات الهيدروجين، داخل مركزها، منتجة كمية هائلة من الطاقة، تحملها إلى سطح الشمس الفوتونات وأجسام أخرى. وعند السطح، تثير هذه الجسيمات الذرات، التي تهبط مرة أخرى، من خلال بعثها للضوء، الذي تحصل الأرض على جزء منه. وتبعث جميع النجوم الضوء، بهذه الطريقة.

والفلق، مثل الضوء القطبي الشمالي، هو انبعاث الضوء بوساطة جزيئات الهواء. فعندما تصل الجسيمات ذات السرعة العالية، إلى الأرض، نتيجة للانفجارات الكبيرة في الشمس، تصطدم بجزئيات الهواء. وهذه التصادمات تثير جزئيات، بطاقة عالية، لا تلبث أن تحررها، بإعطائها ضوءاً. وعندما يحدث التصادم، أثناء الليل، فإن الضوء المنبعث، يكون مضيئاً، إلى درجة كافية لرؤيته.

والليزر نبطية تنتج شعاعاً ضوئياً حاداً، ذا قدرة عالية. وتمتلك جميع الفوتونات فيه طاقة واحدة، وتسير في اتجاه واحد. ويستخدم الليزر يستخدم في البحوث العلمية، والجراحة، والاتصالات الهاتفية، وكذلك له استخدامات، صناعية وحربية، عديدة.