مِمَّ يَتَكوَّنُ الضوءُ؟
يَكتشفُ طفلُكَ معَ أولو وكوكو أنَّ الضوءَ الأبيضَ يَتكوَّنُ مِن كُلِّ ألوانِ قوسِ قُزحَ مِن خِلالِ تجربةِ الموشورِ المُمتعةِ.
About this story
يَكتشفُ طفلُكَ معَ أولو وكوكو أنَّ الضوءَ الأبيضَ يَتكوَّنُ مِن كُلِّ ألوانِ قوسِ قُزحَ مِن خِلالِ تجربةِ الموشورِ المُمتعةِ.
What you'll learn
- فهمُ أنَّ الضوءَ الأبيضَ مَزيجٌ مِن عِدَّةِ ألوانٍ
- التعرُّفُ على كيفيةِ تَكوُّنِ قوسِ قُزحَ
- اكتشافُ دورِ الموشورِ في تَقسيمِ الضوءِ
- تنميةُ الفُضولِ العلميِّ والملاحظةِ
يَا أولو، ظَللتُ أُحدِّقُ في موشورِي طَوالَ الصباحِ. ولا أستطيعُ التوقُّفَ عَنِ التفكيرِ في أمرٍ ما.
مَوشورٌ؟ لقد أحضرتِهِ مِن مَعرضِ العلومِ الشهرَ الماضي، أليسَ كذلكَ؟ في أيِّ شيءٍ جَعلكِ تُفكِّرينَ؟
حينَ أرفعُهُ نَحوَ النافذةِ، يُقسِّمُ الضوءَ إلى كُلِّ ألوانِ قوسِ قُزحَ. لِذا بدأتُ أتساءلُ، ما هوَ الضوءُ أصلًا؟ مِمَّ يَتكوَّنُ في الحقيقةِ؟
يَا كوكو، هذا واحدٌ مِن أعظمِ الأسئلةِ في العلمِ كُلِّهِ. خُذي موشورَكِ، ولنَذهبْ إلى مُختبرِ العلومِ. أعتقدُ أنَّنا نَحتاجُ إلى تَجربةٍ حقيقيةٍ لِهذا السؤالِ.
رائعٌ. والآنَ، ارفعي موشورَكِ نَحوَ المِصباحِ. أخبِريني بِما تَرينَهُ أمامَكِ.
أرى الأحمرَ، والبُرتقاليَّ، والأصفرَ، والأخضرَ، والأزرقَ، والبَنفسجيَّ. إنَّهُ مِثلُ قوسِ قُزحَ صغيرٍ فوقَ الطاولةِ!
بِالضبطِ. وهذا يُخبِرُنا بِأمرٍ مُهمٍّ جِدًّا. الضوءُ الأبيضُ ليسَ شيئًا واحدًا فقط. إنَّهُ في الحقيقةِ مَزيجٌ مِن كُلِّ تِلكَ الألوانِ مَعًا.
مَهلًا، إذًا فإنَّ ضوءَ الشمسِ يُخفي كُلَّ تِلكَ الألوانِ في داخلِهِ؟ يَا لَهُ مِن أمرٍ ماكرٍ حقًّا!
إنَّهُ كذلكَ بِالفعلِ. والآنَ، إليكِ السؤالَ الكبيرَ. هَلِ الضوءُ موجةٌ، مِثلُ التموُّجاتِ على سطحِ الماءِ؟ أم أنَّهُ جُسيمٌ صغيرٌ يَطيرُ في الهواءِ؟
أظنُّ أنَّهُ موجةٌ. لِأنَّهُ يَنسابُ ويَنحني نَوعًا ما، مِثلَما يَفعلُ حينَ يَمُرُّ عَبرَ موشورِي.
هذا تَفكيرٌ ممتازٌ جِدًّا. لِمُدةٍ طويلةٍ، اتَّفقَ العُلماءُ مَعكِ تَمامًا. عالِمٌ اسمُهُ توماس يَنغ أجرى تَجربةً أثبتَتْ أنَّ الضوءَ يَتصرَّفُ تَمامًا مِثلَ الموجةِ.
إذًا فازَ فريقُ الموجةِ؟ وانتهَتِ القضيةُ تَمامًا؟
ليسَ تَمامًا. بَعدَ نَحوِ مِئةِ عامٍ، أظهرَ عالِمٌ اسمُهُ ألبرت أينشتاين شيئًا مُدهِشًا. حينَ يَصطدمُ الضوءُ بِبعضِ المعادنِ، يَطردُ منها جُسيماتٍ دقيقةً. والموجاتُ وحدَها لا تُفسِّرُ ذلكَ.
إذًا صارَ الضوءُ يَتصرَّفُ مِثلَ الجُسيمِ أيضًا؟ هذا مُربِكٌ جِدًّا. فأيُّهما هوَ إذًا؟
هذا بِالضبطِ ما سألهُ كُلُّ عالِمِ فيزياءَ. وتَبيَّنَ أنَّ الجوابَ هوَ الاثنانِ مَعًا. الضوءُ يَتصرَّفُ كَموجةٍ وكَجُسيمٍ، حَسبَ الطريقةِ التي تَنظرُ بِها إليهِ.
هذا أغربُ شيءٍ سمعتُهُ في حياتي. إذًا الضوءُ يُقرِّرُ بِنفسِهِ ما الذي يُريدُ أن يَكونَهُ؟
يُسمِّي العُلماءُ هذا ازدواجيةَ الموجةِ والجُسيمِ. وكلمةُ ازدواجيةٍ تَعني امتلاكَ طبيعتَينِ في الوقتِ نفسِهِ. والضوءُ هوَ أشهرُ مِثالٍ على ذلكَ في الفيزياءِ كُلِّها.
ازدواجيةُ الموجةِ والجُسيمِ. حَسنًا، يُعجِبُني أنَّ الضوءَ يَعيشُ أزمةَ هويةٍ مِثلي تَمامًا. حينَ لا أستطيعُ الاختيارَ بَينَ حِصةِ الفنِّ ونادي العلومِ.
تُسمَّى الحُزمُ الدقيقةُ مِن طاقةِ الضوءِ بِالفوتوناتِ. والفوتونُ هوَ أصغرُ قِطعةٍ مُمكنةٍ مِنَ الضوءِ. ليسَ لَهُ كُتلةٌ، وهوَ يَنتقلُ أسرعَ مِن أيِّ شيءٍ آخرَ في الكونِ.
وما مِقدارُ هذهِ السُّرعةِ التي نَتحدَّثُ عنها يَا أولو؟
نَحوُ ثلاثِ مِئةِ مليونِ مترٍ في كُلِّ ثانيةٍ واحدةٍ. ويَصلُ ضوءُ الشمسِ إلى الأرضِ خِلالَ ثَماني دقائقَ تَقريبًا، مَعَ أنَّ الشمسَ بعيدةٌ جِدًّا.
ثَماني دقائقَ فقط؟ لو رَكضتُ إلى الشمسِ، لاستغرقَ ذلكَ مِنّي وقتًا لا يَنتهي. والضوءُ يَفعلُها في ثَماني دقائقَ. هذا مُذهِلٌ حقًّا!
تَذكَّري موشورَكِ الآنَ. السببُ في تَقسيمِهِ الضوءَ إلى ألوانٍ هوَ أنَّ لِكُلِّ لونٍ طولَ موجةٍ مُختلفًا. الضوءُ الأحمرُ لَهُ موجاتٌ طويلةٌ بَطيئةٌ. والبَنفسجيُّ لَهُ موجاتٌ قصيرةٌ سريعةٌ.
والموشورُ يَحني كُلَّ طولِ موجةٍ بِمقدارٍ مُختلفٍ قليلًا، فتَنتشرُ كُلُّها إلى ألوانٍ مُختلفةٍ! أعتقدُ أنَّني قرأتُ شيئًا كَهذا في كِتابٍ ذاتَ مرةٍ.
أنتِ مُحقةٌ تَمامًا. يُسمَّى هذا الانحناءُ بِالانكسارِ. فموشورُكِ يَكسِرُ كُلَّ لونٍ بِشكلٍ مُختلفٍ، وهكذا يَظهرُ قوسُ قُزحَ.
إذًا فإنَّ قوسَ قُزحَ الحقيقيَّ في السماءِ يَعملُ بِالطريقةِ نفسِها؟ وقطراتُ المطرِ تُشبِهُ موشوراتٍ صغيرةً؟
بِالضبطِ. ملايينُ القطراتِ الصغيرةِ مِنَ الماءِ، تَكسِرُ كُلُّ واحدةٍ منها ضوءَ الشمسِ وتَعكِسُهُ، وتَعملُ كُلُّها مَعًا لِرسمِ ذلكَ القوسِ المُلوَّنِ عَبرَ السماءِ.
لَن أنظرَ إلى قوسِ قُزحَ بِالطريقةِ نفسِها أبدًا بَعدَ اليومِ. إنَّهُ في الأساسِ سماءٌ مَليئةٌ بِموشوراتٍ صغيرةٍ تُمارِسُ الفيزياءَ.
هذهِ طريقةٌ جميلةٌ جِدًّا في التعبيرِ يَا كوكو. فما رأيُكِ الآنَ؟ هَل تَستطيعينَ جَمعَ كُلِّ شيءٍ معًا، وإخباري مِمَّ يَتكوَّنُ الضوءُ حقًّا؟
حَسنًا، سأبدأُ الآنَ. يَتكوَّنُ الضوءُ مِن حُزمٍ دقيقةٍ مِنَ الطاقةِ تُسمَّى الفوتوناتِ. والفوتوناتُ ليسَ لَها كُتلةٌ، وتَنتقلُ بِسرعةٍ مُذهلةٍ، فهيَ أسرعُ شيءٍ على الإطلاقِ. والضوءُ يَتصرَّفُ أيضًا كَموجةٍ، ولِكُلِّ لونٍ طولُ موجةٍ مُختلفٌ. وإليكَ الجُزءَ المُحيِّرَ حقًّا: الضوءُ موجةٌ وجُسيمٌ في الوقتِ نفسِهِ، وهذا ما يُسمِّيهِ العُلماءُ ازدواجيةَ الموجةِ والجُسيمِ. باختصارٍ، الضوءُ يَرفضُ اتِّباعَ القواعدِ، وبِصراحةٍ، أنا أحترِمُ ذلكَ.
هذا تَلخيصٌ مِثاليٌّ. في المرةِ القادمةِ، أعتقدُ أنَّ علينا استكشافَ كيفَ يَتفاعلُ الضوءُ مَعَ المَوادِّ المُختلفةِ. لِماذا يَكونُ الزُّجاجُ شَفافًا، ولِماذا تَلمعُ المعادنُ، ولِماذا تَمتصُّ بعضُ الأشياءِ الضوءَ كُلَّهُ.
نَعم! ورُبَّما أكتشِفُ أخيرًا لِماذا تَسخنُ سُترتي السوداءُ كثيرًا تَحتَ الشمسِ. العلمُ موجودٌ في كُلِّ مكانٍ بِمُجرَّدِ أن تَبدأَ بِالنظرِ.
إنَّهُ كذلكَ بِالفعلِ يَا كوكو. إنَّهُ كذلكَ بِالفعلِ.
