الضوء المرئي هو جزء ضيق من الأشعة الكهرومغناطيسية في أطوال موجية محصورة بين  nm400 (الضوء البنفسجي) إلى حوالي 700 nm (اللون الأحمر). يمثل الضوء مصدرًا أوليًا للطاقة والمعلومات، كما تم الإشارة إليه سابقًا. وتلعب الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء أدوارًا بيولوجيةً مهمة أيضًا. يتألف الضوء من فوتونات وهي جسيمات تحت ذرية تسير بموجات ذات طول يُرمز له بالحرف اللاتيني λ وتردُّد يُرمز له بالحرف ѵ والعلاقة بينهما حسب المعادلة:

ѵ= c/λ

حيث c تمثل، سرعة الضوء.

شكل 13-1: الطبيعة الكهرومغناطيسية للمادة وأنماط إثارتها الفردانية (يسار) الجزء العلوي يوضح مخطّط متطلبات طاقة الذرة الداخلية لتحفيز الإثارة حتى الوصول إلى التأين. الجزء السفلي يكشف عن مدارات الذرة القابلة للإثارة في ترتيبها المكاني. عن: (2015) Egot-Lemaire & Madl

ويحمل الفوتون طاقة غير قابلة للتجزئة هي الكم (Quantum) تتناسب قيمتها (Eq) مع طول الموجة وتردُّدها حسب المعادلة:

Eq = hc/λ = hν

حيث يمثل h ثابت بلانك = (^34–10 × 6.62 جول فوتون / ثانية).

في الجدول 13-1: عرض للأطوال الموجية والطاقة لمكونات الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية وتحت الحمراء.

الخاصية شبه الجسيمية للفوتون تتوضّح في تآثره مع التراكيب الأساسية وامتصاصه، ولكي يتم امتصاص الفوتون، يجب أن تتوافق طاقته تماما مع فرق الطاقة بين الحالة القاعية (Groud state) وإحدى الحالات العالية الطاقة لذلك التركيب الأساسي. وفي مثل هذه الحالة يمكن أن تنتقل طاقة الفوتون إلى ذرة أو أيون أو جزيئة استطارة غير مرنة محوِّلاً إياها إلى حالة طاقيةٍ أعلى تُسمَّى طاقة الإثارة Excited state)).

الاستطارة غير المرنة يمكن أن تغيّر كثيرًا الإشعاع الإلكترومغناطيسي؛ حيث يمكن أن يحصل إعادة إشعاع بأطوال موجيةٍ أطول أو أقصر شكل (13-1 b). مثل هذه الظاهرة غالبًا ما تحصل عندما يُعاد إشعاع الضوء الأزرق، الساقط بشكل ضوء أحمر (كما في الوميض شكل 13-1 d) يُظهر النصف الأيمن من الشكل 13-1 أنماطا مختلفة من التآثر. (a) عندما تكون طاقة الفوتون الداخل صغيرة، أو الطول الموجي λ كبير مقارنة بالذرة، يبقى الهدف بحالته القاعية والفوتون الخارج يستطار وهو محافظ على طاقته. (b) الفوتون الأكثر طاقةً يؤدي إلى حالة إثارة للذرة، ويُحرِّر فوتونًا أقل طاقة نوعًا ما. (c) توافق طاقة الفوتون الساقط وفرق الطاقة المؤدي إلى الحالة المثارة للذرة، يُتبع بالارتخاء إلى الحالة القاعية وينتج فوتونا مماثلا للفوتون الساقط. (d) الإثارة الأقوى لرفع الذرة إلى حالة الإثارة جدًّا، تؤدي إلى ارتخاء تدريجي منتجةً فوتونات بطاقة أقل لحين أن تفقد الذرة الإثارة تمامًا. (e) الفوتون العالي الطاقة يُحرِّر إلكترونًا مُسببًا تأين الذرة. (f) الفوتون يحفّز التأين زائدًا تحرير فوتون بطاقة أقل. (g) عندما تُضرب الذرة المثارة أصلًا بفوتون، يحصل ارتخاء للذرة؛ حيث يتحرَّر فوتون يكون مرتبطًا تماسكيًّا مع الفوتون الساقط كما في الليزر (2015,Madl & Egot-Lemaire).

جدول 13-1: الإشعاعات المهمة بيولوجيا. عن: (2009) Hopkins & Hüner

مواضيع ذات صلة

The momentum of light

Polarization of scattered light

The electric vector of light

Scattering of light

Reflection and refraction

Light

لم يرتدي البحارة نظارات شمسية؟

أسرار قوس قزح

المفعول الكهروضوئي والنظرية الجسيمية والموجية:

الاضطراب في تفسير بنية الضوء (الطبيعة الجسمية الموجية للضوء)

الضوء

الضوء ومم يتالف