على ارتفاع 2025 م في قمة جبل عملاق مهجور، هناك آثار جهاز تلسكوبي بقطر 100م لمراقبة سماء الليل يراقب مجرة بدائية عند حافة الكون المراقب، والضوء الضعيف – الذي ينتقل عبر الفضاء منذ أمد بعيد حتى قبل ولادة الأرض – يلتقط بمرآة جهاز التلسكوب المزود بكشافات الكترونية عالية التحسس. داخل قبة التلسكوب – حيث توجد لوحة التحكم المشابهة للكونسول في مؤسسة النجوم – يشاهد الفلكيون صورة غامضة لمجرة تسبح على شاشة الكمبيوتر. أدار شخص ما مكبر الصوت عالياً، ما جعل التصدعات العازلة للصوت تملأ غرفة التحكم. بدا الصوت كصوت اطلاق النار من مسدس أو كقرع زخات المطر على سقف من القصدير. بالحقيقة انها جسيمات صغيرة تتساقط على كاشفات التلسكوب من مسافات عميقة جداً في الفضاء. بالنسبة لهؤلاء الفلكيين الذين بذلوا قصارى جهدهم لرؤية مصادر ضعيفة للضوء في الكون، إنها في الحقيقة دليل ذاتي بأن الضوء هو سيل من جسيمات تشبه الرصاصة تسمى الفوتونات. ومنذ زمن ليس ببعيد، تلقت الجالية العلمية ضربة خفيفة وصرخت لتقبل هذه الفكرة. وبالحقيقة فمن العدالة القول ان اكتشاف أن الضوء هو عبارة عن سيل متقطع أو كمات كان الاكتشاف الأكثر إذهالاً في تاريخ العلوم. فلقد رفع الغطاء الامني للعلوم في مطلع القرن العشرين وعرض الفيزيائيين للحقيقة المؤلمة لعالم أليس في بلاد العجائب حيث تحدث الأشياء لأنها تحدث مع اعتبار مطلق لقوانين الحضارة في الأسباب والتأثير. وأول من اكتشف أن الضوء مؤلف من فوتونات كان اينشتاين. فبمجرد تصور سيل من الأجسام الصغيرة استطاع تحسس الظاهرة المعروفة بالتأثير الكهروضوئي. إذ إنك حين تمشي في سوق تجاري وتفتح لك الأبواب آلياً، فهذا لأنها مسيطر عليها بالتأثير الكهروضوئي. فعندما تتعرض المعادن للضوء فإنها تقذف جسيمات عبارة عن إلكترونات كهربائية. وبمشاركتها في خلية ضوئية، مثل أي معدن فإنها تولد تياراً كهربائياً صغيراً أطول من شعاع الضوء الساقط على الخلية الضوئية. وإذا اراد صاحب المحل التجاري تعطيل التيار، فابواب المحل تعطي إشارة التوقف جانباً.

ومن السمات الفريدة للظاهرة الكهروضوئية، أنه وباستعمال ضوء ضعيف جداً، فالإلكترونات ستقتلع من المعدن على الفور وبدون تأخير يذكر ⁽¹⁾. وهذا يتعذر تفسيره إذا اتصف الضوء بانه موجة. والسبب ان الموجة التي تنتشر في المحيط، ستتفاعل مع عدد كبير من الإلكترونات في المعدن. وبعض هذه الإلكترونات ستتحرر حتمياً من المعدن قبل الإلكترونات الأخرى.

ان بعض الإلكترونات ممكن تحريرها بعد 10 دقائق أو بعد أن يسطع الضوء على المعدن. إذاً، كيف يكون ممكناً ان الإلكترونات تتحرر من المعدن آنياً؟ هناك طريقة وحيدة وهي ان كل إلكترون يتحرر من المعدن يحتاج لفوتون واحد من الضوء.

والدليل الأقوى على ان الضوء يتألف من جسيمات شبيهة بالرصاصات يأتي من تأثير كومبتون ومفاده ان الإلكترونات إذا تعرضت للاشعة السينية (نوع من الضوء عالي التردد جداً) فإنها ترتد بنفس الطريقة التي ترتدّ بها كرات البليارد عند اصطدامها مع كرات أخرى.

_____________________________________________
هوامش

(1) السمة الأخرى المميزة للظاهرة الكروضوئية أنه لا يوجد إلكترون على الإطلاق ينبعث من المعدن إذا أضيء المعدن بضوء طوله الموجي (مقياس المسافة بين موجتين متعاقبتين) فوق مرحلة العتبة. لقد فهم اينشتاين ان فوتونات الضوء لها طاقة تنقص بازدياد طوله الموجي. وتحت حد معلوم للطول الموجي فالفوتونات لها طاقة غير كافية لتحرير الإلكترون من المعدن.

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

يمكن للضوء أن يسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء