الضوء

استطاع أولاف رومر Olaf Römer تعيين سرعة الضوء عام 1675 من خلال مشاهدات استمرت سنوات طويلة عندما لاحظ دخول أعمق الأقمار لكوكب المشتري Jupiter في منطقة ظله وخروجها منها الى ضوء الشمس .

فإذا صح ضرورة وجود زمن متناه finite لانتقال الضوء من مكان لآخر فلا يمكن لمن على الأرض مشاهدة دخول أحد أقمار المشتري في منطقة ظله إلا في وقت لاحق ، وبالمثل تمر فترة زمنية ملموسة قبل أن يصل للأرض ضوء الشمس الذي بدأ يعكسه قمر المشتري عند خروجه من منطقة الظل . هذا القمر يستغرق 2/1 42 ساعة ليدور دورة واحدة حول المشتري ويظل هذا الزمن ثابتا لو ظل المشتري على مسافة واحدة من الأرض فيرى الراصد الأرضي هذا القمر على فترات زمنية دورية قدرها 2/1 42 ساعة ، ولكن المسافة بين الأرض والمشتري تتغير ، فمثلا ، بعد 30 دورة لهذا القمر تكون الأرض قد تحركت في مدارها وبالتالي تتغير المسافة بينها وبين المشتري ، وعندئذ يرى الراصد ظهور القمر في بداية الدورة الواحدة والثلاثين في موعد سابق أو لاحق للوقت الفعلي تبعا لاقتراب الأرض أو ابتعادها عن المشتري . ومن هذه المعلومة استطاع رومر حساب سرعة الضوء التي لم يتيسر قياسها بوسائل ارضية إلا مؤخراً جداً عندما تطورت التجارب وارتفع مستواها بفضل التقنية المتقدمة .

تبلغ سرعة الضوء 300 ألف كيلو متر / ثانية (186 ألف ميل / ثانية) ويقطع محيط الأرض ثمان مرات عند خط الاستواء خلال ثانية واحدة ، والمسافة بين الشمس والأرض ثمان مرات دقائق ، وبين الأرض وأقرب نجم خلال عام ونصف العام . ويحتاج الضوء الى 100 ألف عام ليعبر مجرة سكة التبانة Milky Way في خط مستقيم ، كما أن لدى الفلكيين معلومات تفيد بأن نظماً بعيدة – جداً عن نظام سكة التبانة يصل الضوء منها إلينا في غضون 100 مليون عام ، لذلك فنحن نشاهد (السدم nebulae) عندما كانت على حالتها منذ 10 ميلون عام مضت .

إن حقيقة انتشار الضوء بنفس سرعة الموجات الكهرومغناطيسية كما تنبأ بذلك ماكسويل لا تبرر وحدها قضية Proposition كونه حالة خاصة من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، بيد أنه وصف في عصر ماكسويل بأنه إشعاع موجي ، كما أظهرت التجارب الضوئية المتطورة (فيما يتصل بظاهرة (استقطاب Polarization) الضوء) خواص ضوئية متفقة تماماً مع قانون الاشعاع الذي حصل عليه ماكسويل رياضيا .

التحليل الطيفي speclral resolution للضوء وكذلك تركيب synthesis الضوء الأبيض  من ألوانه ظواهر شاهدها نيوتن من خلال أبحاثه التي لا تقل عظمة عن أبحاثه في الميكانيكا السماوية .

ولكن نيوتن لم يعالج الضوء – كالصوت – على أنه حركة موجية بل كان يميل الى التفسير بأن الجسم المضيء كالشمس يصدر عنه بصورة مستمرة وابل من الجسيمات الدقيقة corpuscles هي أساس الإحساس بالضوء . وكان في عصر نيوتن تفسير آخر في أحد أبحاث هايجتر لم تؤيده التجربة إلا في وقت لاحق رغم أن نيوتن نفسه وضع وصفا لتجارب لا يمكن فهمها إلا من خلال الفكرة الجديدة .

إذا سقطت رختان من البرد hail على نفس المكان أو صوب مدفعان نحو هدف واحد في نفس الوقت ، تكون المحصلة تقوية لمجموع التأثيرين . أما في حالة الضوء فهناك حالات عندما يتقابل ضوءان تكون النتيجة ظلاماً . هذه الظاهرة التي يطلق عليها (تداخل interference) تم دراستها من خلال تجارب متنوعة كثيرة وطبقت عمليا في كثير من أجهزة الرصد الهامة لدى الفزيائيين العصريين [مثل ((المحززات الطيفية spectroscopic gratings))] . وتلاحظ ظاهرة التداخل عند تقاطع الدوائر (الموجات) على سطح الماء عند سقوط حجرين فيه ويستمر تداخل الدوائر مع بعضها البعض دون تدميرها ، أما إذا انطبقت قمة موجة على قاع موجة أخرى فإنهما يتلاشيان ، وهذا هو أساس التداخل عندما تتلاشى موجتان ضوئيتان مما يدل على ان الضوء نتيجة لعملية موجية . ويمكن تفسير جميع تأثيرات التداخل بكل تفصيلاتها كمياً باعتبار الضوء حركة موجية وبالتحديد الضوء أحادي اللون monochromatic ذا الطول الموجي المحدد مثل الاحمر والبنفسجي بأطوال موجية 0.00076 مليمتر ، 0.00038 مليمترا كأطول وأقصر طول موجي مرئي على الترتيب .

وفي هذه الصورة الفيزيائية للعمليات الضوئية لا يكون هناك ألوان ، بل اهتزازات (ذبذبات) oscillations لمجال كهرومغناطيسي لا لون له ، مع التحفظ ضد التعبيرات غير الدقيقة رغم استحسانها في مرحلة متقدمة من التطور العلمي والفلسفي ، على نحو قولنا : (وجود (existence)) الضوء وألوانه وهم (خداع بصر) illusion ناشئ في المخ . وكما نعلم ، لم يتحدث أحد بتأثر وانفعال ضد أراء نيوتن في ألوان الضوء سوى جوته Goethe الذي يخرج التعمق في استخدامه من حجج arguments ومعاني مجردة conceptions عن نطاق هذا الكتاب وإن استأنسنا بملاحظاته دون التسرع في أحكامنا .

لاشك أن الخواص الموجية للضوء لم تضف جديداً لحقيقة اللون الأزرق أو الأحمر رغم ما دلت عليه التجارب المتطورة من وجود خواص جديدة ملموسة لهذين اللونين ، تماماً كما ننظر لشيء ما من الأمام لأول مرة ثم ننظر له من الخلف ، فما تعلمناه جديداً أضيف لما هو معروف لنا من قبل ، فمن الخطأ القول بأن النظر من الخلف يعرفنا (وجود) الشيء بتمامه ، والنظر من الأمام يؤدي الى وهم :