الضوء: موجات أم جزيئات؟
تباينت الآراء عبر العصور حول طبيعة الضوء، هل هو موجات أم جسيمات تتحرك من مكان إلى آخر؟ في القرن السابع عشر، اعتقد العالم إسحاق نيوتن بأن الضوء يتكون من جسيمات، وفسر ذلك من خلال ظواهر مثل الأشعة المستقيمة والظلال. سرعان ما جاء الفيزيائي كريستيان هوجنز بنظرية الموجات. وفي أوائل القرن التاسع عشر، اكتسبت نظرية توماس يونغ القائلة بأن الضوء يتكون من موجات شعبية أكبر، وذلك إثر فشل نظرية نيوتن في تفسير بعض الظواهر مثل:
- أسباب انعكاس جزء من الضوء وانكسار الجزء الآخر عند انتقال أشعة الضوء بين وسطين مختلفين.
- ظاهرة انحراف وتداخل الضوء.
- كما تم قياس سرعة الضوء في الماء ومقارنتها بسرعته في الهواء، حيث تبين أن الضوء ينتقل بشكل أبطأ في الماء، مما أرسى قاعدة قوية تفيد بأن الضوء هو موجات وليس جزيئات.
ما هي سرعة الضوء؟
تبلغ سرعة الضوء حوالى 299,792,458 مترًا في الثانية، أي ما يعادل 186,282 ميل في الثانية. يُشار عادةً إلى سرعة الضوء كمقدار ثابت، حيث لا يمكن لأي جسم أن ينتقل بسرعات تتجاوز سرعة الضوء. ومع ذلك، فإن هذا التعريف ليس دقيقًا تمامًا، إذ يُفهم من سرعة الضوء أنها أعلى سرعة يمكن تحقيقها لأي شيء، وهي سرعة الضوء في الفراغ. تختلف سرعة الضوء عند انتقاله عبر وسائل مختلفة، حيث تنخفض بشكل ملحوظ عند مروره عبر الزجاج إلى نحو ثلثي سرعته في الفراغ. ويعود ذلك إلى طبيعة الضوء كموجات كهرمغناطيسية، التي تتأثر بالبيئة التي تمر من خلالها، مما يؤدي إلى تغييرات في طول الموجة والتردد، وبالتالي تباطؤ سرعتها.
هل سرعة الضوء مقدار ثابت؟
يسافر الضوء من مكان لآخر عبر الموجات، كما يحدث مع الصوت. لذلك، تعتمد سرعة الضوء بشكل مباشر على نوع الوسط الذي يمر به. في الفراغ، لا يوجد شيء أسرع من الضوء، لكن عند مروره عبر وسط غير الفراغ، تتأثر سرعته. على سبيل المثال، عندما يمر الضوء عبر الهواء المليء بالغبار، يمكن أن تتأثر سرعته نتيجة اصطدام الموجات بجزيئات الغبار، مما يؤدي إلى انخفاض السرعة. لذا، يمكننا الاستنتاج بأن هناك علاقة مباشرة بين سرعة الضوء والوسط الذي يمر به.