الاشعاع الكهرومغناطيسي

من الاسئلة التي لطالما حيرت العلماء هي ما هي طبيعة الضوء؟ و كيف ينتقل في الفراغ؟ ظهر اول نموذج ميكانيكي مفسر لهذه الظاهرة من خلال العالم توماس يونج من خلال تجربته الشهيرة double split experiment المتعلقة بتداخل موجتين مثماثلتين من الضوء و هي التي استنتج منها ان الضوء في انتشاره يتبع الخواص الميكانيكية في الحركة و له تردد f و طول موجي λ و العلاقية بينهم كالتالي:
f*λ =C
حيث ان C هو قيمة ثابته ولم يعرف حينها انه قيمة سرعة الضوء.
ومن هذه التجربة وضعت اول قاعدة لفهم طبيعة الضوء مما مكنا من قياسه و توصيفه و توقع خواصه من خلال حدوث التداخلات و الحيود ولكن لم يتم التوصل حينها الي فهم طريقة انتشاره خلال الاوساط المختلفة حتي ظهر مبداء الايثير و تفسيهرا بانها ماده يتوقع انها المسئولة عن انتقال الضوء.
اوضح العالم ماكسويل عام 1864 ان سرعة انتقال الضوء نستطيع استنباطها من القانون التالي:
C=1/√(µε)
حيث ان µ هي سماحية الوسط لانتقال الموجات و ε هي نفاذية الموجات في الوسط كما اوضح من خلال نظريته التي اعتمد فيها علي القوانين الاساسية للمغناطيسية و الكهربية و هي:
قانون حفظ الشحنات الكهربية
قانون كولوم للتفاعل بين الشحنات
قانون بايوت المتعلق بالمجال المغناطيسي الناتج من التيار الكهربي
قانون فاراداي المتعلق بالتيار الكهربي الناتج من المجال المغناطيسي
حيث انه قد قام بتوضيح ان هذه القوانين غير منفصلة عن بعضها و لكنها متداخلة حيث ان التغير في المجال الكهربي يولد مجال مغناطيسي وان هاتين الموجتين ينتشران بسرعة ابتعاد عن مصدرهما بسرعة تقدر بـ 3*1010 m/s واثبت ان هذه السرعة تتطابق قيمتها مع ثابت العلاقة بين التردد و الطول الموجي ومنها تنباء بان الضوء ينتقل كموجة كهرومغناطيسية ومن ثم فان الموجات الكهرومغناطيسية تعمم علي انها كالتالي:
عند انتقال الكترون في مسار خطي فانه يهتز كموجة sin wave مما يولد قطبية كهربية متغيرة و التي تولد بدورها مجال مغناطيسي متعامد علي المجال الكهربي و يتراكب المجالان ليولدا موجة كهرومغناطيسية.
لهذه الموجات الكهرومغناطيسية تردد وهو ما قد يكون صغيرا كموجات الراديو او ان يكون كبيرا كموجات الاشعاع السيني او الجامي ولكن لم يتضح بعد ما هي العلاقة بين تردد الموجات او طولها الموجي و بين طاقتها الا مع العالم بلانك عام 1901 مع تفسيره ظاهرة اشعاع الجسيمات السوداء (وهي جسيمات تمتص جميع الموجات الساقطة عليها ثم تعيد اشعاعها مرة اخري ولكن بخمواص و تميز جديد يعتمد علي نوع الجسيمات بغض النظر عن مصدر الاشعاع الساقط او نوعه) حيث انه اعتمد علي التركيب الذري لهذه الجسيمات حيث ان هذه الجسيمات عند امتصاصها للطاقة فانها تهتز مما يجعلها تعيد بث هذه الموجات بترددات جديدة مميزة لها وهذه القاعدة هي اساس النظرية الكمية للموجات الكهرومغناطيسية و ارسي هاتين القاعدتين:
طاقة الذرات المهتزة هي E=nhu حيث ان n هي العدد الكمي و h هي العدد الكمي
هذه الذرات لا تبث الموجات بطريقة مستمرة ولكن بطريقة متقطعة (كمية) طبقا لمستويات الطاقة E=∆nhv