لقد علمنا أن المادة تتألف من عدد قليل من الأجناس الجسيمية وكانت الالكترونات أولى الجسيمات التي اكتشفت. لكن الالكترونات هي، في الوقت نفسه، كموم الكهرباء السالبة. وقد تعلمنا أيضاً أن بعض الظواهر تجبرنا على افتراض أن الضوء يتألف من كموم عنصرية تختلف فيما بينهما باختلاف طول الموجة. وقبل أن نذهب إلى أبعد من ذلك علينا أن نناقش بعض الظواهر الفيزيائية التي تلعب فيها المادة، على حد سواء مع الإشعاع، دوراً رئيسياً.

إن الشمس تصدر إشعاعات يمكن تحليلها بواسطة الموشور إلى مركباتها. وبهذه الوسيلة نحصل على طيف الشمس المستمر؛ وفيه تتوالى كل أطوال الموجات المحصورة بين طرفي الطيف المرئي. لنأخذ مثالاً آخر. لقد ذكرنا أن الصوديوم المتوهج يصدر ضوءاً متجانساً من لون واحد أي من طول موجة وحيد. فإذا وضعنا الصوديوم المتوهج أمام الموشور نحصل على طيف يتألف من خط أصفر واحد فقط. وعموماً، عندما نضع جسماً مشعاً أمام موشور فإن الضوء الصادر عن الجسم يتحلل إلى مركباته، مما يولد طيفاً مميزاً للجسم المشع.

إن الانفراغ الكهربائي، في أنبوب يحوي غازاً، يؤمن لنا منبعاً ضوئياً على شاكلة مصابيح النيون الأنبوبية المستعملة في إعلانات الدعاية. لنضع أحد هذه المصابيح أمام المطياف، وهو جهاز يعمل عمل الموشور ولكنه أدق وأكثر حساسية؛ فيتحلل الضوء، أي تنفصل مركباته بعضاً عن بعض. فضوء الشمس، كما يرى من خلال المطياف، يعطي طيفاً مستمراً: أي أن كل أطوال الموجات موجودة فيه. أما إذا كان منبع الضوء يخترقه تيار كهربائي فإن الطيف يكون ذا شكل مختلف. فبدلاً من طيف الشمس المستمر المتعدد الألوان نرى عدداً من الخطوط المضيئة المنفصلة على أرضية مظلمة. وكل عصابة ضيقة لها لون معين، أي بلغة النظرية الموجية، لها طول موجة معين. فإذا رأينا مثلاً في المطياف عشرين خطاً طيفياً فإن كلاً منها يتميز بعدد خاص به، هو طول موجته، ومجموعة الأعداد العشرين تميز المنبع المدروس. وكذلك أبخرة العناصر الكيميائية، كالمعادن وسواها، يمتلك كل منها جملة خطوط طيفية وبالتالي مجموعة أعداد مختلفة. ولا يمكن لأي أن يعطيا جملتي خطوط طيفية متطابقتين، كما لا يمكن لأي شخصين أن يملكا بصمات عنصرين يدوية متطابقة تماماً. وعندما نظم الفيزيائيون جدولاً بالخطوط الطيفية لكل عنصر اتضح لهم تدريجياً وجود قوانين طيفية، وتمكنوا من تمثيل بعض سلاسل الأعداد التي تعبر عن الأطوال الموجية، والتي كانت تُظن مستقلة فيما بينها، بدساتير رياضية بسيطة.

إن كل ما قلناه يمكن الآن أن يترجم إلى لغة الفوتونات. إن كل خط طيفي يتعلق بطول موجة معين، أي بفوتون ذي طاقة معينة. فالغاز المضيء لا يصدر إذن فوتونات من كل الأطوال الموجية الممكنة، بل فوتونات تتميز بها المادة المضيئة. ومن جديد نرى أن الواقع يحد من غنى الإمكانيات.

إن ذرات عنصر معين، الهدروجين مثلاً، لا يمكن أن تصدر إلا فوتونات ذات طاقات معينة، أي أن المباح لها هو إصدار كموم ذات طاقات معينة. أما الكموم الأخرى فممنوعة الإصدار. لنتصور، بغية التبسيط، عنصراً لا يصدر سوى خط طيفي واحد، أي فوتونات ذات طاقة محددة تماماً. إن الذرة الواحدة المفردة من هذا العنصر تصبح بعد الإصدار أفقر بالطاقة مما كانت عليه قبله. فينتج من انحفاظ الطاقة أن مستوى طاقة الذرة كان قبل الإصدار أعلى بعده. وأن طاقة الفوتون الصادر تساوي الفرق الطاقي بين هذين المستويين. وعلى هذا يمكن أن نقول: إن ذرة العنصر الذي لا يصدر سوى أمواج ذات طول وحيد محدد، أي فوتونات ذات طاقة وحيدة، ليس فيها سوى مستويي طاقة اثنين فقط وإن إصدار الفوتون يجعل الطاقة الكلية للذرة المصدرة تهبط من المستوى الطاقي الأعلى منه إلى المستوى الطاقي الأخفض.

لكن العنصر الواحد قادر عموماً على إصدار عدة خطوط طيفية، أي أن الفوتونات الصادرة ذات طاقات متفاوتة، وليست ذات طاقة واحدة. وهذا ما يجعلنا نفترض أن في كل ذرة عنصر يوجد عدة مستويات طاقة مباحة، وأن إصدار فوتون واحد منها يؤدي إلى انتقالها من مستوى طاقي إلى مستوى أخفض. وبيت القصيد في هذه الأمور أن الذرة غير مباح لها أن تمتلك الطاقة التي نريد، إذ لولا ذلك لكانت قادرة على إصدار الأطوال الموجية التي نريد: أي فوتونات ذات طاقة اختيارية. فبدلاً من أن نقول إن الذرة الواحدة المنفردة تصدر عدة خطوط طيفية، نقول: إن كل ذرة تتمتع بمستويات طاقة محددة وإن إصدار الفوتون الواحد يصاحبه انتقال الذرة من مستوى طاقي عال إلى مستوى طاقي أخفض؛ فمستويات الطاقة ليست عموماً مستمرة في تواليها بل متقطعة ومرة أخرى نرى الواقع يحد من كثرة الإمكانيات.

لقد كان بور Bohr أول من فسر لماذا تصدر الذرة خطوطاً طيفية محددة ولا تصدر سواها. فقد رسمت نظريته، التي اقترحها منذ قرابة سبعين عاماً، صورة للذرة تتيح، في الحالات البسيطة على الأقل، حساب الخطوط الطيفية والحصول على أعداد تؤلف مجموعة متماسكة رغم أنها، في ظاهرها، غير ذات مغزى ولا رابطة فيما بينها.

إن نظرية بور ليست سوى محطة مرحلية نحو نظرية أكثر عمقاً وأوسع شمولاً تُدعى الميكانيك الموجي أو الكمومي ...

إن الطيف المرئي يبدأ بطول موجة اللون البنفسجي وينتهي بطول موجة اللون الأحمر، أو بتعبير آخر، إن طاقات الفوتونات في الطيف المرئي محصورة بين الحدين المؤلفين من طاقتي الفوتونات البنفسجية والفوتونات الحمراء. إن هذا التحديد ناجم في حقيقته عن خواص العين البشرية. فإذا كان الفرق بين مستويي طاقة كبيراً نسبياً فإن الفوتون المتعلق به يدعى فوق بنفسجي وهو يعطي خطاً يقع خارج منطقة الطيف المرئي من جهة البنفسجي؛ وبما أن العين لا تراه فيجب استعمال وسائل أخرى، كأفلام التصوير، كي نعلم بوجوده.

إن الأشعة السينية تتألف أيضاً من فوتونات ذات طاقة أعلى من طاقة فوتونات الطيف المرئي، أي ذات أطوال موجية أقصر بكثير، أقصر بآلاف المرات من الأطوال الموجية المرئية. ولكن هل نستطيع قياس أطوال موجات على هذه الدرجة من الصغر؟ إن في هذه العملية شيئاً من الصعوبة حتى في الضوء المرئي. وهي هنا تتطلب استخدام حواجز صغيرة أو فتحات صغيرة. فالثقبان المتجاوران المحفوران بالدبوس، واللذان بفضلهما تتضح ظاهرة انعراج الضوء المرئي، يجب أن يكونا أصغر مساحة وأقرب تجاوراً بآلاف المرات إذا أردنا استخدامهما لكشف انعراج الأشعة السينية.

 الشكل 1

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

انعقاد الجلسة البحثية باللغة الإنكليزية ضمن فعاليات المؤتمر التمهيدي لألفية حوزة النجف الأشرف

مقالة علمية تناقش الأهمية البالغة في معرفة مشايخ الشيخ الطوسي (قدس سره)

دراسة علمية تثبت تاريخ تأليف الشيخ الطوسي لكتاب الفهرست

باحث يقدم دراسة علمية بعنوان (الشيخ الطوسي والكبرى الرجالية تأصيلًا وتطبيقًا)

المزيد

الآخبار الصحية

اللوز.. "كنز صحي" يحمي دماغك

رفض اعتماد "لقاح موديرنا" للإنفلونزا.. وكشف الأسباب ؟

تحذير طبي من مرض شائع يزيد خطر الإصابة بنوعين من السرطان

الإنفلونزا لا تضرب الرئة فقط.. دراسة تكشف خطرها على القلب

المزيد

الآخبار التكنلوجية

سلاح طبي في ساحات الحرب.. رذاذ يوقف النزيف خلال ثانية !

مايكروسوفت تدق ناقوس الخطر وتحذر من "الذكاء الاصطناعي الخفي"

الإمارات تطلق شراكة عالمية مع ستارلينك لإتاحة التعليم الرقمي

"أوبن إيه آي" تختبر عرض الإعلانات داخل محادثات chatgpt

المزيد

مواضيع ذات صلة

Conclusion (Atomic Disintegration and Radioactive Transformations of Atoms)

Electrons; Ionization

Radio-activity

The Fluoroscope

Radiographs

The Röntgen Rays or X-Rays

Effects of the Cathode Rays

تطبيقات النانوتكنولوجي في البيئة

مصادر الإشعاع المؤين

عصر التطبيقات الطبية في مجال الاشعة

إرنست أورلاندو لورانس (1958 - 1901) Ernest Orlando Lawrence

الموجات الكهرومغناطيسية