الضوء: موجة أم جسيم

هناك موضوعان مميزان يتحدث عنهما أي كتاب فيزياء تقليدية، وهما الموجة والجسيم. يوجد الجسيم في موضع معين في لحظة ما، وخصائصه الكتلة والسرعة والطاقة، بينما لا توجد الموجة في نقطة محددة عند لحظة محددة، وتتميز بطولها الموجي وتواترها. تتصادم الأجسام مع بعضها، في حين أن الأمواج تتداخل عند التقائها مع بعضها. سنتحدث هنا عن الضوء والإشعاعات الكهرطيسية بشكل عام، ونلقي الضوء على الطبيعة المثنوية الموجية_الجسيمية للإشعاعات الكهرطيسية.

تجارب يانغ وفرينل وفرضية بلانك

اتضح من تجارب يانغ وفرينل في أوائل القرن التاسع عشر أن الأشعة الضوئية تحمل خواص موجية، وأثبت ماكسويل أن الأشعة الكهرطيسية بشكل عام تتصرف كما تتصرف الأمواج. لكن بلانك ادعى أن الأشعة الكهرطيسية هي جسيمات (كمات)، وأطلق على كل واحد من هذه الجسيمات اسم الفوتون. تبعا لما قاله بلانك، يسلك الفوتون سلوك الجسيم عندما يتفاعل مع الإلكترونات.
إذن، أثبتت بعض التجارب أن الأشعة الكهرطيسية -بما فيها الأشعة الضوئية- هي عبارة عن موجات، بينما افترض أنها أخرى جسيمات لتفسير بعض الظواهر.

مفعول كومتون

قام كومتون بإجراء تجارب على الأشعة السينية (انتثار الأشعة السينية)، ولاحظ أن تواتر الأشعة المنتثرة أقل بقليل من تواتر الأشعة المنطلقة. لم يكن بالإمكان تفسير هذه الظاهرة بالاعتماد على النظرية الموجية للأشعة الكهرطيسية، لذلك لجأ كومتون إلى استخدام النظرية الجسيمية لتفسيرها، وقد أعطت تفسيرا جيدا ومقنعا.

الخلاصة

الأشعة الكهرطيسية هي موجات وجسيمات معا، إذ إن بعض التجارب تثبت أن الإشعاعات الكهرطيسية تحمل خواص الموجة، بينما تثبت أخرى أنها تحمل خواص الجسيم، لذلك لا يمكن أن نقول إن الأشعة الكهرطيسية هي موجات، كما لا يمكن القول إنها جسيمات، وإنما ما يمكننا قوله إن الأشعة الكهرطيسية هي عبارة عن موجات وجسيمات، فهي تتصرف كالأمواج في بعض الأحيان، وتتصرف كالجسيمات في أحيان أخرى، وهذه طبيعتها.