الموجات الكهرومغناطيسية
هل تحتاج الموجات الكهرومغناطيسية وسطًا للانتشار؟
تعرف الموجات الكهرومغناطيسية باسم الضوء، وكما تم الاعتياد على أنّ الضوء مصطلح يشير إلى الضوء المرئي المعتاد فهو أيضًا يستخدم للإشارة لجميع أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي، كما وتتكون الموجات الكهرومغناطيسية - والتي تمثل موجات الضوء- من موجة مجال كهربائي تتأرجح بزاوية قائمة أي في مستوى عمودي إلى موجة مجال مغناطيسي.
على خلاف أغلب الموجات كالموجات الصوتية مثلًا فإن الموجات الكهرومغناطيسية لا تحتاج إلى وسيط لتنتشر من خلاله فيمكنها الانتشار في أي فضاء فارغ وبسرعة الضوء والتي تعد الأكثر سرعة في الكون، وهناك العديد من المصطلحات المرتبطة بالأشعة الكهرومغناطيسية كالطيف المغناطيسي مثلًا وكمصطلح الفوتونات وغيرها، إلا أن هذا المقال يدور حول ما هي الفوتونات.[١]
تمثل الموجات الكهرومغناطيسية موجات مجال كهربائي بزاوية قائمة أي في مستوى عمودي إلى موجات مجال مغناطيسي وهي لا تحتاج إلى وسيط لتنتشر من خلاله فيمكنها الانتشار في أي فضاء فارغ وبسرعة الضوء.
ما هي الفوتونات؟
تسمى الفوتونات أيضًا بكميات الضوء، ويمكن الإجابة على سؤال: "ما هي الفوتونات؟" بأنها حزمة دقيقة من الأشعة الكهرومغناطيسية، تتواجد في العديد من أشكال الأشعة، كأشعة غاما مثلًا والأشعة السينية ذات الطاقة العالية، وكالأشعة تحت الحمراء وفي موجات الراديو ذات الطاقة المنخفضة أيضًا، وحتى من خلال الضوء المرئي، ولا يمكن إدراك الفوتونات وذلك بسبب أنها سريعة جدًا فهي مقاربة لسرعة الضوء. [٢]
تعد الفوتونات بوزونات من بين الجسيمات دون الذرية، ونشأ هذا المصطلح في عام 1905 من خلال تفسير ألبرت آينشتاين للتأثير الكهروضوئي، حيث أنه اقترح آنذاك وجود حزم من الطاقة المنفصلة أثناء نقل الضوء، وذلك بعد أن قام الفيزيائي الألماني ماكس بلانك بالتمهيد لهذا المفهوم في عام 1900 عن طريق توضيح أن الإشعاع الحراري يكون انبعاثه وامتصاصه في وحدات مستقلة أو كميّة. [٢]
تم دخول مفهوم الفوتونات حيز الاستخدام في عام 1923 وذلك بعد قيام الفيزيائي الأمريكي آرثر إتش كومبتون بإظهار الطبيعة الجسمية للأشعة السينية، ولكنه لم يتم استخدام مفهوم الفوتونات بشكل عام حتى عام 1926، ومن الجدير بالذكر أن مصطلح "الفوتونات" مأخوذ من الكلمة اليونانية "phōtos" والتي تعني "الضوء".[٢]
الفوتونات هي حزمة دقيقة من الأشعة الكهرومغناطيسية، تتواجد في العديد من أشكال الأشعة ذات الطاقة العالية وذات الطاقة المنخفضة أيضًا، لا يمكن إدراكها بسبب سرعتها المقاربة لسرعة الضوء.
خصائص الفوتونات
تعد الفوتونات جسيمات أولية، وعلى الرغم من أنّ ليس لها كتلة إلا أنها لا يمكنها أن تتحلل من تلقاء نفسها، وهي محايدة كهربائيًا على الرغم من أن طاقة الفوتونات يمكن إنشاؤها عند التفاعل مع الجسيمات الأخرى. [٣]
بالإضافة إلى أن الفوتونات جزيئات تدور مع محور دوران يكون إما للأمام أو للخلف وذلك بالاعتماد على اتجاه الفوتون إذا كان أيمن أو أيسر وهذه الميزة هي ما تسمح باستقطاب الضوء، فهناك العديد من خصائص الفوتونات التي يمكن ذكرها، وهي كالآتي:[٣]
- تمتلك الفوتونات خصائص الجسيمات والموجة في آنٍ واحد.
- تتحرك بسرعة ثابتة في المساحة الفارغة تساوي ج= 2.9979 × 10^8 م/ث وهي تعادل سرعة الضوء.
- باعتبار أن الفوتونات جسيمات عديمة الكتلة فيمكن إنشاؤها وتدميرها عند انبعاث الشعاع أو امتصاصه.
- يمكن للفوتونات أن يكون لها تفاعلات مع الإلكترونات والجسيمات الأخرى، ومن الأمثلة عليها تأثير كومبتون ,الذي يتم فيه اصطدام جزيئات الضوء مع الذرات مما يسبب إطلاق الإلكترونات.
المراجع
- ↑ "Light (Physics): What Is It & How Does It Work?", sciencing.com, Retrieved 15-4-2020. Edited.
- ^ أ ب ت "photon", www.britannica.com, Retrieved 15-4-2020. Edited.
- ^ أ ب "what is a photon definition and properties", www.thoughtco.com, Retrieved 15-4-2020. Edited.
