ما هي النظرية الجسيمية للضوء وما هو سبب فشلها

 خاض العالم إسحق نيوتن رحلة البحث عن أسرار الضوء، وقدمّ نظرية حول الضوء عرفت باسم "النظرية الجسيمية". 

تنص هذه النظرية على أن الضوء عبارة عن حزمة من الجسيمات والذرات التي تصدر من المصدر الضوئي وتسلك خطوطًا مستقيمة في حركتها وانتقالها، وتستحث حاسية النظر من خلال دخولها إلى العين. 

وهنا تجدر الإشارة إلى أن نيوتن استطاع بهذه النظرية تفسير بعض الظواهر العملية المتعلقة بطبيعة الضوء منها التحقق من صحة قوانين انعكاس الضوء. 

ومن المعلوم أنه بفضل هذه النظرية تم معرفة أن الضوء يتحلل إلى ألوان عدة عُرفت بعد ذلك بقوس قزح. كما بيّنت أن الضوء المرئي له حدود تتراوح من 400 إلى 700 نانو متر؛ وهو مجال الرؤية المحصور بين الموجات الأكثر طولًا (الأشعة تحت الحمراء) والأقل طولًا (الأشعة فوق البنفسجية).

وفي المقابل قدّم الهولنديكريستيان هويجنز نظرية أخرى حول طبيعة الضوء عرفت باسم "النظرية الموجية"، والتي أثبت فيها أن الضوء يسلك مسلك الموجات في حركته، وأنه أشبه ما يكون بالموجة المائية. 

 استطاع هويجنز أن يفسر بهذه النظرية قوانين التداخل، والحيود : (وهي قدرة الضوء على الانعطاف حول الحواف (Diffraction) ). 

وهنا نشأ الصراع الذي استمر قرابة مئة عام حول طبيعة الضوء؛ فظهر مَن يؤيدون فكرة النظرية الجسيمية لنيوتن وخصوصا بسبب سمعة نيوتن في ذلك الوقت وشهرته، وآخرون يؤيدون فكرة النظرية الموجية لهويجنز. 

وقد أثبت فيها أن للضوء طبيعة مزدوجة؛ فهو يسلك في بعض التجارب مسلك الجسيمات، وقد أطلق على هذه الجسيمات اسم "الفوتونات". وبحسب استثارة الإلكترونات الذرية تنطلق هذه الفوتونات وتزداد شدتها أو تضعف. 

 وبيّن آينشتاين كذلك أنه في بعض التجارب يسلك الضوء المسلك الآخر الذي أثبته هويجنز؛ وهو أنه يسلك مسلك الموجات التي يحدث تداخل فيما بينها عند قمتها وقاعها فيؤثر ذلك في شدته. 

فظهرت منذ ذلك الحين نظرية جديدة حول الضوء عرفت بالنظرية الازدواجية للجسيمات الموجية. وكانت هذه النظرية هي رسالة الدكتوراه التي قدّمها العالم لويس دي بروي. 

ومما أعتقد أنك تودّ معرفته هو أن نظرية نيوتن الجسيمية فشلت في إعطاء التفسير الجيد لبعض الظواهر الضوئية مثل تداخل الضوء، وحيوده. 

فتداخل الضوء هو اتحاد موجتين نابعتين من نفس المصدر، ولهما نفس الطول الموجي؛ ليكوّنا مناطق مضيئة عند حدوث التداخل البنّاء ومناطق مظلمة عند حدوث التداخل الهدّام. 
وهذا ما تم تفسيره وفق النظرية الموجية؛ لأنه أن يتحد جسيمان ويلغي بعضهما البعض غير منطقي وفق النظرية الجسيمية للضوء. 

كما فشلت النظرية الجسيمية للضوء حين قام الإيطالي فرانشيسكو غريمالدي بتوجيه شعاع ضوئي نحو حاجز يحتوي على ثقب صغير، فخرج الضوء من الجانب الآخر من الثقب وسقط على الجدار على مساحة أكبر من مساحة الثقب الموجود فى العائق. 

فلو كان الضوء عبارة عن جسيمات يفترض به أن يخرج في خط مستقيم بداية من مصدر الضوء ثم إلى الثقب ثم يسقط على الجدار الخلفي في شكل بقعة ضوء بحجم الثقب، ولكن ما حدث في هذه التجربة أن الضوء حادَ في جميع الاتجاهات أثناء خروجه من الثقب مُسبباً بقعة كبيرة من الضوء على الجدار الخلفي بحجم أكبر من حجم الثقب. 

وهذا تأكيد أن للضوء طبيعة ازدواجية؛ فهو يسلك في بعض الحالات كموجة وفي بعض الأحيان يسلك كجسيم فالنظرية الموجية للضوء تعطي التفسير الجيد لانتقال الضوء وتفسير ظاهرتي التداخل والحيود.