الضوء .. وكل شئ عنه

الضوء
Light


مصادر الضوء

كيف ينتج الضوء

مصادر أخرى للضوء

طبيعة الضوء

الفوتونات

الموجات الكهرومغنطيسية

خواص الضوء

الانعكاس والانكسار والامتصاص

الاستطارة

التداخل

الحُيُوْدُ

التَشَتُّت (التقزح)

الاستقطاب

التأثيرات الكيميائية للضوء

الظاهرة الكهروضوئية والموصِّلية الضوئية

قياس الضوء

سطوع الضوء

سرعة الضوء

فهمنا للضوء

الأفكار الأولى عن الضوء

النظرية الكهرومغنطيسية

الضوء مألوف جدًا إلى درجة أننا نراه من المسلمات، في حين أن العالم سيتغير بسرعة لو كان الضوء غير موجود، فنحن لا نستطيع أن نرى بدون الضوء وذلك لأن الضوء يقع على الأشياء ثم ينعكس إلى عيوننا مما يجعل الرؤية ممكنة. وبدون الضوء لايمكننا أن نملك طعامًا لنأكله ولا هواء لنتنفسه. و تعتمد النباتات الخضراء على ضوء الشمس للنمو وتكوين الطعام. ويأتي جميع الطعام الذي نأكله من النباتات أو من الحيوانات التي تأكل النباتات. وعند نمو النباتات فإنها تعطي الأكسجين الضروري بوصفه جزءًا من الهواء الذي نتنفسه.

ويعطينا الضوء الوقود، وخزنت الطاقة الموجودة في ضوء الشمس والتي تشرق على الأرض منذ ملايين السنين في النباتات. وعندما تموت هذه النباتات تتحول إلى فحم حجري وغاز طبيعي وبترول، وهي مواد ذات طاقة يمكن بها إنتاج الكهرباء وتشغيل الآلات.

يسخّن ضوء الشمس الأرض، وبدونه سوف تكون الأرض باردة جدًا ولا يستطيع أحد أن يعيش عليها. ولمعلومات إضافية عن الضوء وطاقة الشمس



وجد الناس طرقًا لتكوين الضوء والتّحكّم فيه ليتمكنوا من الرؤية في مواضع أو أوقات لا يصل فيها ضوء الشمس. وأنتجوا في البداية ضوءًا من نار المخيم والمشاعل، وطورت بعد ذلك الشموع ومصابيح الزيت، ثم ظهر ضوء الغاز وضوء الكهرباء.

استخدم الناس الضوء لعدة أغراض غير الرؤية. فالضوء الموجود على شاشة التلفاز، على سبيل المثال، يتألف من بقع الضوء. وباستخدام معدات علمية استطاع الناس دراسة الضوء نفسه، وعرفوا كثيرًا عن الكون، فالضوء القادم من النجوم البعيدة مثلاً، يمكن أن يساعد العلماء على معرفة مم تتكون تلك النجوم. ومنه يعرفون إذا كانت النجوم تتحرك باتجاه الأرض أو تبتعد عنها، وما سرعتها



الإزَاحَةُ الحمراءُ تحوّل في الطول الموجي للضوءالصادر من جسم كونيّ في اتجاه الأطوال الموجية الأطول (الحمراء) لطيف الجسم.

يتصرف الضوء كموجة، وطوله الموجي هو المسافة بين قمتي موجتين متتاليتين. ومصطلح الإزاحة الحمراء يأتي من الإزاحات التي تبديها الأطوال الموجية للضوء، لكن مثل هذه الإزاحات توجد أيضًا في الأطوال الموجية لموجات الراديو والموجات الكهرومغنطيسية. وعندما تحدث الإزاحة الحمراء، تزيد كل الأطوال الموجية بالمعدل نفسه. والإزاحة الحمراء يعبر عنها بنسبة الزيادة عن الطول الموجي العادي.

ومثال الإزاحة الحمراء يمكن رؤيته في طيف شبه النجم، وهو مصدر قوي جدًا للإشعاع الراديوي وللموجات الضوئية. انظر: شبه النجم. تظهر سلسلة من خطوط الطيف اللامعة الصادرة عن الهيدروجين في طيف شبه النجم 3ك 273 (الجسم 273 في كتالوج كمبردج الثالث للمصادر الراديوية). فالطول الموجي لكل خط من 3 ك 273 تزيد بنحو 15,8% على الطول المعتاد. وهكذا، تكون الإزاحة الحمراء لشبه النجم 15,8%.

ويعتقد معظم الفلكيين أن الإزاحات الحمراء تحدث في الأجسام الكونية لأنها تتباعد عن الأرض. والواقع أن الإزاحة في الأطوال الموجية تنشأ بسبب تأثير دوبلر ، وكمية الإزاحة الحمراء لأي جسم تدلُّ على سرعته. فالأجسام ذات الإزاحة الحمراء الصغيرة تتحرك بنسبة مئوية من سرعة الضوء تساوي النسبة المئوية لإزاحتها الحمراء. ولحساب سرعة الأجسام ذوات الإزاحات الحمراء الكبرى، يجب أن يضع الفلكيون في الحسبان نظرية النسبية. انظر: النسبية . والإزاحة الحمراء لشبه النجم 3 ك 273 تبين سرعة قدرها 43,500كم/ث والتي تعادل 14,5% من سرعة الضوء. وبعض أشباه النجوم لها إزاحة حمراء أعلى من 300%، مما يدل على أن سرعتها أعلى بنسبة 88% من سرعة الضوء.

وفي عام 1929م، اكتشف الفلكي الأمريكي إدوين باول هَبل أن الإزاحة الحمراء للمجرات تزيد بزيادة بعد المجرَّات عن الأرض، وهكذا فإن الإزاحة الحمراء أمكن استخدامها لتقدير المسافة بين المجرات والأرض. كما أن اكتشاف هبل قاد فلكيين كثيرين للاعتقاد بأن المجرات تتحرك بسرعة، متباعدة بعضها عن بعض وعن الأرض. واستنتاجات هبل هذه تكون أساس نظرية تمدد الكون.

واستخدم العلماء الضوء لمعرفة ودراسة المواد الكيميائية، بالإضافة إلى أن الضوء يستخدم للاتصالات. فالألياف البصرية تنقل المعلومات على شكل ضوء لمسافات بعيدة، وبدأت تحل باطراد محل أسلاك النحاس المستخدمة من قبل شركات الهاتف. ويجرب العلماء الضوء في الوقت الحاضر، بوصفه حاملاً للمعلومات داخل المعالج المركزي السريع جدًا، لعمليات الحاسوب

البصريات الليفية فرع من علم الفيزياء يرتكز على ظاهرة انتقال الضوء عبر ألياف شفافة من الزجاج أو البلاستيك. وتستطيع هذه الألياف البصرية، أن تحمل الضوء عبر مسافات تتراوح بين سنتيمترات قليلة وأكثر من 160كم. ومثل هذه الألياف يُمْكن أن تعمل بشكل فردي أو في شكل حزَم، وبعض الألياف الفردية يبلغ طول قطرها أقل من 0,004مللم.

والألياف البصرية لها لُبٌ من الزجاج أو اللدائن، ولها درجة عالية من الشفافية ومحاطة بغطاء يسمى الغلاف.

ويصل الضوء الصادر من جهاز الليزر، أو من مصباح كهربائي، أو من بعض المصادر الضوئية الأخرى إلى إحدى نهايتي الليف البصري. وعندما ينتقل عبر اللُب، يحبسه الغلاف في الداخل. ويقوم الغلاف بعملية ثني أو عكس ـ إلى الداخل ـ لأشعة الضوء المصطدمة بسطحها الداخلي.

وعند النهاية الأخرى لليف يستَقْبل الضَوء كشافٌ مثل نبيطة حساسة للضوء أو العين البشرية.


أنواع الألياف الصناعية. يوجد نوعان رئيسيان من الألياف البصرية، هما الألياف الأحادية الشكل والألياف المتعددة النمط. وتُستَعْمل الألياف أحادية الشكل في عملية النقل طويل المسافة. ولهذه الألياف لُبٌّ صغير جدًا. وهي تتلقى الضوء في محاذاة المحور فقط. ونتيجة لهذا فإن الألياف أحادية الشكل تستلزم استعمال نوع خاص من أجهزة الليزر كمصدر للضوء، كما تحتاج كذلك إلى أن تكون مُتَّصلة بدقة بجهاز الليزر، وبنوع آخر من الألياف وبكشاف.

أما الألياف المتعددة النمط فلها لُب أكبر من لُب الألياف أحادية النمط، وهي تتقبل الضوء من زوايا مختلفة. وفي الألياف متعددة النمط يمكن استعمال أنواع أكثر من المصادر الضوئية، ومُوَصِّلات أرخص من تلك التي تُستعْمل في الألياف أحادية النمط، إلا أنها لايمكن استعمالها عبر مسافات طويلة.


استعمالات الألياف البصرية. للألياف البصرية استعمالات كثيرة. منها ما يستعمل في أنظمة اتصالات الألياف البصرية، حيث يقوم جهاز ليزر خاص بنقل الرسائل المُشفَّرة عن طريق ومضات ضوئية عالية السرعة. وتنتقل الرسائل عبر الألياف البصرية إلى نبائط حل شفرة الرسائل التي تحولها إلى الإشارة الأصلية.

وأنظمة اتصالات الألياف البصرية لها عدة مميزات، تجعلها مُتفوِّقة على الأنظمة، التي تَستخدِم الأسلاك النحاسية التقليدية؛ إذ إن لها قدرة على حمل معلومات أكبر. وهي كذلك ليست عُرضةً للتداخل الكهربائي،كما أن الإشارات المُرْسلَة لمسافات طويلة عبر كبلات الألياف البصرية، تحتاج إلى تقوية أقل من الإشارات المرسلة عبر الكبلات النحاسية لمسافة مماثلة. وكثيرٌ من شركات الاتصالات أسست لها شبكة كبلات من الألياف البصرية. وتحمل أسلاك الألياف البصرية الإشارات تحت الماء عبر المحيطين الأطلسي والهادئ.

وكذلك فإن الألياف البصرية مناسبة جدًا للاستعمالات الطبية؛ حيث يمكن صناعتها على شكل خيوط مرنة ودقيقة جدًا لإدخالها في الأوردة الدموية والرئتين، وفي الأجزاء المجوفة الأخرى من الجسم.كما أنها تُستعْمَل في كثير من الأدوات التي تساعد الأطباء على رؤية الأجزاء الداخلية من الجسم دون حاجة إلى إجراء جراحة. انظر: تنظير المفاصل. كما تُستخدم الألياف البصرية في جراحة الليزر أو أجهزة قياس درجة الحرارة أو الضغط


ما الضوء؟ هذا السؤال كان محيّرًا لعدة قرون. فقد اعتقد الناس أن الضوء شيء ينتقل من عيون الناس إلى الأجسام ثم يرجع مرة أخرى. فإذا اعترض أي شيء الشعاع عن العين فلا يمكن أن يرى الجسم. كما حاولوا أن يبرهنوا على أن الضوء يحتاج إلى وسط، سمي بالأثير. وعرف العلماء عن الضوء الشيء الكثير منذ القرن السابع عشر الميلادي. فقد عرفوا أن الضوء شكل من أشكال الطاقة ويمكنه السير بحرية خلال الفضاء. وتسمى طاقة الضوء بالطاقة المشعة. وهناك عدة أنواع من الطاقة المشعة منها الأشعة تحت الحمراء ، والموجات الراديوية، والأشعة فوق البنفسجية، والأشعة السينية. ويمكننا رؤية جزء صغير من الأنواع المختلفة من الطاقة المشعة، وهذا الجزء يسمى الضوء المرئي أو ببساطة هو الضوء.

وتشرح هذه المقالة مصادر الضوء، وطبيعة الضوء، وماذا يحدث عندما يسقط على مختلف المواد. كما تبين أيضاً كيفية قياس الضوء وتشرح اكتشافات العلماء المهمة حول الضوء

مصادر الضوء الطبيعية والاصطناعية: المصادر الطبيعية مثل الشفق وبعض الحشرات مثل الحباحب، وهذه لا يمكن السيطرة عليها بوساطة الإنسان. بينما يمكن السيطرة على المصادر الاصطناعية مثل الشموع والليزر. يأتي جميع الضوء من الذرات.
يساعدنا الضوء على أن نرى، ومعظم الأشياء التي نراها، كالشمس وضوء الغرفة هي مصادر للضوء. ويمكن أن نرى بقية الأشياء لأن الضوء يرتد من المصدر ويسير إلينا. ويمكن أن يُصنّف مصدر الضوء إلى مصادر طبيعية ومصادر اصطناعية. فالضوء الطبيعي يأتي من المصادر التي لا يمكننا التحكّم فيها مثل الشمس والنجوم. ويأتي الضوء الاصطناعي من مصادر يمكن التحكم فيها كضوء الشموع وضوء السيارات، والضوء الكهربائي.


كيف ينتج الضوء. يأتي الضوء بكامله من الذرات، وينتج بوساطة الذرات التي حصلت على طاقة إما بوساطة امتصاصها للضوء من مصدر آخر، وإما لأنها ارتطمت بجسيمات أخرى. والذرة التي اكتسبت هذه الطاقة الإضافية، تُسمى مثارة. وعادة تبقى هذه الذرة مثارة لفترة قصيرة، ثم تهبط بإعطاء هذه الطاقة الزائدة إلى ذرة أخرى أو تبعث ضوءًا، والضوء المنبعث يحمل هذه الطاقة الزائدة. وتختلف كمية الطاقة اللازمة لإثارة الذرات وكمية الطاقة المنبعثة منها على شكل ضوء باختلاف الذرات.

ويوصف الضوء عادة بأنه موجة تشبه موجة المياه التي تمر عبر البحيرات، ويمكن أن يوصف الضوء بأنه جسيمات صغيرة تسمى الفوتونات. ويتحرك كل فوتون في خط مستقيم تمامًا كما تتحرك كرة البلياردو. وفي كلا الوصفين السابقين للضوء فإنه يملك طاقة وكمية. هذه الطاقة المحمولة بوساطة الموجات أو الفوتونات تحدد لون الضوء. افرض أنك رأيت مثلاً، تفاحة حمراء على كرسي أزرق، فكل فوتون من التفاحة يملك طاقة أقل من طاقة فوتون الكرسي.

وإثارة الذرات لكي تبعث ضوءًا تتم بطريقة التسخين. فمذكِّي النار (قضيب معدني) يمكن تسخينه حتى يصبح لونه أبيض من شدة الحرارة. وبسبب التسخين فإن الذرات التي على سطح مذكّي النار تتصادم بعنف مع بعضها، وعندما تتصادم تثير إحداها الأخرى وتتخلص كل ذرة من طاقتها الزائدة بأن تبعث ضوءًا. لكنها وبسرعة تثار مرة أخرى بوساطة تصادم آخر، تنتج هذه التصادمات حالات متغيرة للذرات التي تنطلق منها الفوتونات المختلفة الطاقات. ويعطينا امتزاج الألوان الناتجة اللون الأبيض، وكلما برد مذكّي النار فإن عددًا قليلاً من الذرات يثار إلى طاقات عالية، ولذلك فإن الذرات تبعث عددًا قليلاً من الفوتونات ذات الطاقات العالية التي ينتج عنها الضوء الأزرق. ومادام الضوء الأحمر لايزال منبعثًا فإن مذكّي النار البارد يبدو أحمر.



مصادر أخرى للضوء. حصل كثير من المواد على الطاقة ومن ثم تبعث ضوءًا دون أن تسخن لدرجة كبيرة. ويتم ذلك خلال عملية تسمى الإشعاع الضوئي. وتتوهّج بعض المواد المشعّة ضوئيًا في الظلام لفترة طويلة بعد أن تحصل على طاقة زائدة ويطلق عليها مواد ذات ومض فوسفوري وتبقى الذرات مثارة لبعض الوقت قبل أن تهبط وتبعث ضوءًا، وهناك مواد معينة ذات ومض فوسفوري. تستخدم للترقيم ونراها تتوهج في أوجه الساعات. انظر: التفسفر. وبعض المواد الأخرى ذات التألق الضوئي تبعث ضوءًا عند تعرضها إلى طاقة تثيرها وتسمى مواد فلورية أو قابلة للفلورة

الفَـلْوَرَةُ عمليةٌ تشعُّ بها عدة مواد ضوءًا، أو شكلاً آخر من الإشعاع الكهرومغنطيسي، وذلك عندما تمتص طاقةً. ويشير اصطلاح الفَلْورة أيضًا إلى الضوء الذي ينبعث من هذه المواد. وكثير من الغازات، والسوائل والمواد الصلبة تصير فلورية عندما تتعرّض لإشعاعٍ، أو لجسيمات مشحونة كهربائيًا.

والإضاءة الفلورية واسعة الاستعمال في المصانع، والمكاتب والمدارس، وبعض المساكن. وتحتوي بعض إنارات الشوارع على غاز زئبق فلوري. ولقنوات الصور التلفازية، والمجاهر الإلكترونية شاشات عرض فلورية. ويلون علماء الأحياء الخلايا والأنسجة بأصباغ فلورية لرصد العمليات الأحيائية، ويكتشف الكيميائيون بعض ملوثات الهواء، والماء باستخدام الفلورة. والفلورة مستخدمة أيضًا لفحص التسمم الرصاصي وتمييز الفلزات.

ويتوقف لون الضوء الفلوري على المادة المستخدمة، وعلى نوع الطاقة الممتصة. وفي أغلب الأحيان تكون أطوال موجات الضوء الفلورية أطول من تلك الموجات الضوئية المنبعثة من الإشعاع الممتص. لكن التفلور لوحظ في كل الجزء المرئي من الطيف الكهرومغنطيسي، وكذلك في الأجزاء فوق البنفسجية وتحت الحمراء.

تنتج الفلورة عن كثير من أنواع الطاقة. فمثلاً ينتج التيار الكهربائي فلورة في لافتات النيون، وكذلك تنتج الفلورة عن الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة السينية وأشكال الإشعاع الأخرى.

وعندما تمتص مادة فلورية طاقة، تستثار الإلكترونات في الذرة، أي يزداد معدل طاقتها. وفي بعض الحالات تبقى الإلكترونات في حالة إثارة لمدة 1/1,000,000,000,000 من الثانية، ثم تنبعث الطاقة الزائدة على صورة ضوء. وتتوقف العملية عندما يزال مصدر الطاقة.

وقد توصل العلماء إلى الفلورة منذ منتصف القرن السادس عشر الميلادي. وكان أول من أوضحها الفيزيائي البريطاني، السير جورج ستوكس ـ عام 1852م. وهو الذي أطلق عليها هذا الاسم.



المصباح الفلوري أداة في شكل أنبوب تنتج ضوءًا كهربائيًا تستعمل على نحو واسع في المصانع والمكاتب والمدارس. والمصابيح المتوهجة أكثر استعمالاً في المنازل من المصابيح الفلورية. ويستهلك المصباح الفلوري من الكهرباء حوالي خُمس ما يستهلكه المصباح المتوهج لإعطاء نفس كمية الضوء. وهو أيضًا ينتج خمس ما ينتج من حرارة، مع مقدار الضوء نفسه. ولهذا السبب، تسمى المصابيح الفلورية أحيانًا الأضواء الباردة. وفضلاً عن ذلك، تعيش المصابيح الفلورية لمدة أطول بكثير من المصابيح المتوهجة.

ويتكون المصباح الفلوري من أنبوبة زجاجية تحتوي على كمية قليلة من بخار الزئبق، وغاز آخر خامل تحت ضغط منخفض، غالبًا ما يكون غاز الأرْجُوْن. وعلى السطح الداخلي للأنبوبة طبقة من مادة كيميائية تسمى المادة الفسفورية. انظر: المادة الفسفورية. وعلى كل من طرفي الأنبوبة قطب من سلك التَنْجِستِن مغطى بمواد كيميائية تسمى أكاسيد الأتربة النادرة. وتشمل الدورة الفلورية جهازًا يسمى الكابح ، وهو الذي يمد المصباح بالجهد الكهربائي لتشغيله. وينَظِّم الكابح أيضًا سريان التيار الكهربائي في دورة المصباح.

وهناك ثلاثة أنواع من دوائر المصباح الفلوري هي: 1- المسبق التسخين 2- السريع التشغيل 3- الفوري التشغيل. فالتركيبات التي تستعمل الدوائر المسبقة التسخين أقلها تكلفة، وتوجد في بعض المساكن. وتركيبات الدوائر السريعة التشغيل أكثر كفاءة من تركيبات الدوائر المسبقة التسخين وأقل تكلفة من حيث التشغيل والصيانة، ويكثر استعمالها تجاريًا.

وعند تشغيل المصباح المسبق التسخين أو المصباح السريع التشغيل يسري التيار الكهربائي عبر سلك التنجستن. ويصير السلك ساخنًا وتطلق أكاسيد الأتربة فيه إلكترونات. وتصطدم بعض الإلكترونات بذرات الأرجون وتؤينها ـ أي تعطي الإلكترونات للذرات شحنة كهربائية موجبة أو سالبة. وعندما يتأين الأرجون يمكنه توصيل الكهرباء، فيسري تيار عبر الغاز من قطب إلى قطب مشكِّلاً قوسًا (سيلاً من الإلكترونات). والمصابيح الفورية التشغيل تعمل بجهد كهربائي عالٍ، بحيث يتكوَّن القوس على الفور. وعندما يصطدم إلكترون في القوس بذرة زئبق فإنها ترفع من مستوى طاقة إحدى الإلكترونات في الذرة. وعندما يعود هذا الإلكترون إلى حالته الطبيعية يطلق أشعة فوق بنفسجية غير مرئية، تمتصها المادة الفسفورية الموجودة على الجدران الداخلية للأنبوبة. وتتفلور (تتوهج) المادة الفسفورية نتيجة لذلك محدثة ضوءًا مرئيًا. يتوقف لون الضوء الناتج على نوع المادة الفسفورية المستعملة

يعطي الحباحب (ذبابة ذات ألوان وفي ذنبها شعاع) وأنواع قليلة أخرى من الكائنات الحية، ضوءًا بعملية تُسمّى الإشعاع الضوئي الحيوي، في هذه العملية تتحد المواد الكيميائية التي في الكائن الحي لإنتاج مواد كيميائية مختلفة تحتوي على ذرات مُثارة. وتعطي هذه الذرات فوتونات عندما تتخلص من الطاقة المثيرة.

وتتوهج الشمس بسبب التفاعلات النووية بين ذرات الهيدروجين داخل مركزها منتجة كمية هائلة من الطاقة. وتحمل الطاقة إلى سطح الشمس بوساطة الفوتونات وأجسام أخرى. وعند السطح تثير هذه الجسيمات الذرات التي تهبط مرة أخرى بوساطة بعثها للضوء، وتحصل الأرض على جزء من هذا الضوء. وتبعث جميع النجوم الضوء بهذه الطريقة.

والفلق مثل الضوء القطبي الشمالي، هو انبعاث الضوء بوساطة جزيئات الهواء. فعندما تصل الجسيمات ذات السرعة العالية إلى الأرض، نتيجة للانفجارات الكبيرة في الشمس، تتصادم مع جزيئات الهواء. وهذه التصادمات تثير الجزيئات بطاقة عالية، ثم تحرر الجزيئات هذه الطاقة بإعطائها ضوءًا. وعندما يحدث التصادم أثناء الليل فإن الضوء المنبعث يكون مضيئًا لدرجة كافية لرؤيته.

والليزر نبيطة تنتج شعاعًا ضوئيًا حادًا وذا قدرة عالية، وفيه تمتلك جميع الفوتونات نفس الطاقة، وتسير في نفس الاتجاه. والليزر يستخدم في البحوث العلمية، والجراحة، والاتصالات التليفونية، وكذلك له استخدامات صناعية وحربية عديدة.


طبيعة الضوء

طبيـــــــــعة الضـــوء الكهرومغنطيسية
كان العلماء خلال القرن التاسع عشر يظنون أن الضوء موجة تنتقل كما تنتقل الموجة المائية. وقد راجت النظرية الموجية للضوء لأنها مكّنت العلماء من تفسير ظاهرة نمط التداخل، وهي خطوط ساطعة وأخرى مظلمة تحصل عليها العلماء من التجارب الضوئية.

وإذا كان الضوء موجة فماهي هذه الموجات؟ موجات الماء سهلة التفسير لأنها تسير خلال سطح الماء بينما الماء نفسه يتحرك إلى أعلى وأسفل. وبالنسبة لعلماء القرن التاسع عشر كان الضوء يبدو مختلفًا عن موجات الماء بسبب انتقاله في الفضاء من الشمس والنجوم الأخرى إلى الأرض، فافترضوا أن موجات الضوء يجب أن تنتقل خلال مادة تمامًا كما هو الحال بالنسبة لموجات المياه التي تنتقل خلال الماء. وأطلق العلماء على هذه المادة اسم الأثير، بالرغم من أنهم لم يتوصلوا إلى مايبرهن على وجود هذه المادة. واستطاع العلماء بنهاية القرن التاسع عشر التوصل إلى أن موجات الضوء تتألف من مناطق تعرف بالمجالات الكهربائية والحقول أو المجالات المغنطيسية.

يبدأ النموذج البسيط لموجة الضوء بشعاع (خط مستقيم) يوضح اتجاه انتقال الضوء. وتمثل الأسهم القصيرة التي على طول الشعاع، والمتعامدة (زاوية قائمة) عليه، المجال الكهربائي. وتشير بعض الأسهم إلى الأعلى من الشعاع والأسهم الأخرى تشير إلى الأسفل منه. وهي تختلف في الطول، لذلك فإن النمط الكلي لرؤوس الأسهم يُشْبه الموجة والأسهم التي تمثل الحقل المغنطيسي هي أيضًا تشبه الموجة ولكن هذه الأسهم تصنع زاوية قائمة مع الأسهم التي تمثل الحقل الكهربائي. وهذا النمط يتحرك خلال الشعاع وهو الضوء.

أثبتت التجارب في بداية القرن العشرين أن العلماء في النهاية تركوا فكرة الأثير. وأدركوا أن موجة الضوء، بوصفها نمطًا منتظمًا من الحقول الكهربائية والمغنطيسية، يمكن أن تنتقل عبر الفضاء.

تشبه موجات الضوء الأنواع الأخرى من الموجات في بعض صورها مثل الطول الموجي والتردد والسعة. فالطول الموجي هو المسافة لخط مستقيم من قمة الموجة إلى القمة التي بعدها. وتردد الموجة هو عدد المرات التي تمر خلالها القمة من نقطة ثابتة في الثانية. وسعة الموجة هي أكبر مسافة للقمة أو القاع (النقطة السفلى من الشعاع).

وأبسط علاقة موجودة بين تردد الموجة والطول الموجي هي: كلما زاد التردد قلّ الطول الموجي. وتعتمد طاقة الموجة على سعتها، فكلما زادت السعة احتوت الموجة طاقة أكبر، وطاقة موجة الضوء هي أيضًا مقياس لترددها والطول الموجي يحدد لون الضوء.


الفوتونات. اقترح العالم الفيزيائي الألماني المولد ألبرت أينشتاين في سنة 1905م نموذجًا للضوء، وهو مفيد تمامًا مثل النموذج الموجي. يتصرف الضوء في بعض التجارب كما لو أنه جسيمات، ونسمّي هذا النوع من الجسيمات الآن الفوتونات. وفي نموذج أينشتاين فإن شعاع الضوء هو المسار الذي يسلكه الفوتون. فمثلاً عندما يرسل المصباح شعاعًا من الضوء خلال غرفة مظلمة فإن شعاع الضوء يتألف من عدد كبير من الفوتونات، وكل واحد منها يسير في خط مستقيم. فهل الضوء موجات أو جسيمات؟ فيما يبدو، لا يمكن أن يكون النموذجان معًا، لأن النموذجين مختلفان تمامًا. وأفضل إجابة أن الضوء لا هذا ولا ذاك. ويتصرف الضوء في بعض التجارب كما لو أنه موجة، وفي بعضها الآخر كما لو أنه جسيمات. وللضوء في الفراغ سرعة واحدة، بعكس الأنواع الأخرى من الموجات، وهي أقصى سرعة ممكنة لأي شيء. ولا يفهم العلماء كنه هذه الحقيقة. والحقيقة التي تنص على أن الضوء في الفراغ يملك سرعة واحدة هي واحدة من أسس النظرية النسبية لأينشتاين. انظر : النسبية.

عندما يدخل الضوء مادة مايصطدم بالذرات التي تعطل سيره، إلا أنه يسير بسرعته المعتادة بين ذرة وأخرى

الضوء الأبيض والطيف المرئي
الموجات الكهرومغنطيسية. يسمى الضوء موجات كهرومغنطيسية لأنه يتألف من مجال كهربائي وحقل مغنطيسي. ويطلق مصطلح الضوء عادة على الموجات الكهرومغنطيسية التي يمكن أن نراها فقط. ويجب أن يحتوي الضوء المرئي، على قيم أطوال موجية في نطاق محدود وضيق يسمى الطيف المرئي. ويملك الضوء البنفسجي أقصر الأطوال الموجية التي يمكن أن تُرى، بينما يملك الضوء الأحمر أطول طول موجي، وتقع بين هذين بقية الألوان الأخرى من الطيف، وكل واحد له طول موجي خاص. وبرؤية هذه الألوان جميعها في نفس الوقت فإنها تبدو بيضاء اللون. ويحتوي ضوء الشمس على جميع هذه الألوان. وهو أبيض، ولكن عندما يمر خلال شكل خاص شفاف وصلب نسميه المنشور فإن الألوان تنفصل ويمكن عندئذ رؤيتها.

ويكون الطيف المرئي جزءًا صغيرًا فقط من النطاق الكامل للموجات الكهرومغنطيسية. وتُسمى الموجات التي لها أطوال موجية قصيرة جدًا وأقل بقليل من أن ترى بالموجات فوق البنفسجية. وتسبب هذه الأشعة السَّفْع وحروق الشمس وسرطان الجلد. وتسمى الموجات التي لها طول موجي أقصر من الشعاع فوق البنفسجي الأشعة السينية، وبإمكانها اختراق جسم الإنسان. ويستخدم الأطباء وأطباء الأسنان هذه الأشعة لرؤية ما بداخل الجسم. أما أشعة جاما فلها أطوال موجية أقصر من الأطوال الموجية للأشعة السينية وتنتج من التفاعلات النووية مثل التي تحدث في الشمس.

والموجات التي لها طول موجي أكبر بقليل من الأطوال الموجية للضوء الأحمر تُسمى الأشعة تحت الحمراء. وعندما تقف تحت أشعة الشمس المشرقة أو أمام نار فإنك سوف تشعر بدفء تام وذلك بسبب تعرضك للأشعة تحت الحمراء. والموجات الدقيقة (الموجات المتناهية الصغر أو المايكروويف) والراديوية لها أطوال موجية أطول من الموجات تحت الحمراء ويسلِّط فرن الموجات الدقيقة (المايكرويف) موجاته الدقيقة على الطعام لتسخينه ويسلط الشرطي المسؤول عن وحدة الرادار موجات دقيقة على السيارة القادمة لقياس سرعتها. وترسل برامج وهيئات محطات الراديو والتلفاز الموجات الراديوية.

ينفصل ضوء الشمس إلى ألوانه المختلفة بوساطة المنشور الذي يعطي طيفًا مستمرًا. ويمتزج الطيف تدريجيًا من اللون إلى اللون الذي يليه من البنفسجي إلى الأحمر. ومعظم المصادر الأخرى لا تستطيع أن تنتج طيفًا مستمرًا. فمثلاً يمكن لمصباح إنارة الشوارع أن يعطي اللونين الأصفر والأزرق وبعض الألوان المعتمة، ولكنها تحتوي أيضًا على مناطق مظلمة في طيفها. وتُنتج هذه الألوان من ذرات محددة في الغاز الموجود داخل المصباح. فمثلاً يأتي الضوء الأصفر من ذرات الصوديوم، وكل نوع من الذرات يمكنه أن ينتج ألواناً محدودة فقط. ويمكن للعلماء أن يعرفوا ما أنواع الذرات التي تؤلّف مصدر الضوء بوساطة ملاحظة الألوان الموجودة في الضوء. وتسلط الألوان خلال جهاز يُسمى مقياس الطيف لفصل الألوان. ومقياس الطيف منشور بسيط، وقد يكون جهازًا أكثر تعقيدًا. ويحتوي الطيف في بعض الأحيان على فجوات وذلك لأن ضوء المصدر يكون قد سار خلال غاز والذي بدوره يمتصّ ألوانًا محددة. فمثلاً بتسليط ضوء الشمس خلال مقياس طيف عالي الجودة فإن طيفه سوف يحتوي على الآلاف من هذه الفجوات. فالضوء الناتج من الشمس سوف يمر خلال الفضاء الخارجي للشمس حتى يصل إلى الأرض. وكل نوع من الذرات في المحيط الشمسي يمتص ألوانًا محدودة، وبوساطة معرفة ما هي الألوان التي اختفت، يحدد العلماء نوعية الذرات الموجودة في المحيط الش

مِقْيَاسُ الطّيْف أو السبكترومتر آلة تنشر الضوء إلى ألوان الطيف وتعرضه للدراسة. فذرات وجزيئات كل المواد تبث الضوء عندما تسخن في درجات حرارة عالية. ويختلف النمط الضوئي الذي تبثه كل مادة. وهكذا فإن الخبراء يمكنهم التعرف على المادة أو تحديد تركيبها الكيميائي بتحليل طيفها.

تستخدم مقاييس الطيف لفحص مجال واسع من المواد. فعلماء الكيمياء الصناعية يستخدمون هذه الآلات للكشف عن الشوائب في الفولاذ والسبائك الفلزية الأخرى. وتساعد مقاييس الطيف علماء الفلك في دراسة التركيب الكيميائي للنجوم. وتستخدم كذلك في تمييز المواد الكيميائية التي يتم العثور عليها في مسرح أي جريمة، وللكشف عن أي مُلَوِّثات مائية أو هوائية.

يُحفظ مقياس الطيف النموذجي في وعاء يحجب الضوء الذي لا تُرغب دراسته. ويدخل الضوء عن طريق فتحة دخول ضيقة ويمر عبر عدسة متسامتة أو عدسة تسديد. وتحول هذه العدسة الضوء إلى حزمة من الأشعة الضوئية المتوازية. ويمر الضوء المتوازي بعد ذلك من خلال منشور حيث يتم تفريقه إلى ألوان الطيف. وتركز عدسة أخرى الضوء في فتحة الخروج. ولا يمكن لأكثر من لون واحد للضوء المرور عبر هذه الفتحة في وقت واحد. ولهذا فإن المنشور (الموشور) يجب أن يدار لجلب مزيد من الألوان لتخرج من الفتحة حتى يتم فحص ألوان الطيف بأكملها. ويسجل مقياس دائري زاوية المنشور الذي يمكن بوساطته تحديد طول موجة الضوء.

وبعض مقاييس الطيف بها مرآة مسطحة تسمى محززة أو مصبعة الحيود بدلاً من المنشور. وسطح المحززة به خطوط لآلاف من الحيود الضيقة المتوازية. وعند اصطدام الضوء بالمحززة تنتشر الحزمة المتوازية للضوء على شكل ألوان الطيف.انظر: الحيود.

وتوجد أنواع عديدة من مقاييس الطيف. فالمطياف (منظار الطيف) به تلسكوب للمشاهدة العينية للطيف. ويصور مرسمة الطيف بتسجيل صورته على لوح تصويري مصقول. ويفحص المضواء الطيفي الطيف ويقيس لمعان كل لون من ألوانه. والكثير من مقاييس الطيف بها أنبوب مضاعف الضوء الذي يحول الضوء إلى إشارات كهربائية



مكشاف الطيف الكتلي ويطلق عليه أيضًا مقياس الطيف الكتلي، جهاز لفصل الذرات أو الجزيئات المتأينة حسب كتلها (ك) وشحناتها (ش). ويوفر هذا المقياس وسيلة فعّالة للتعرف على العناصر والنظائر والجزيئات، ومن الممكن أيضًا استخدامه لتحديد التركيب الكيميائي والبنية الكيميائية لمواد أكثر تعقيدًا. وفي هذا الجهاز توضع عينة من المادة في فراغ. وتقذف العينة بإلكترونات لتتحول إلى أيونات. ويتم دفع تيار من الأيونات خارج الفراغ، فيتدفق من خلال مجال كهربائي، وهناك يتم فصل الأيونات طبقًا لقوة شحنة كل منها. وتمر كل مجموعة من الأيونات عبر مجال مغنطيسي. ويزيد هذا المجال في انحراف الأيونات الخفيفة عن الأيونات الثقيلة مكونًا شكلاً يُطلق عليه طيف الكتلة.

ولطيف الكتلة قمم تتفق مع قيم ك/ش لكل نوع من الأيونات في العينة. وقيمة ك/ش هي نسبة كتلة أيون ما إلى شحنة هذا الأيون. ويتم فحص طيف الكتلة بتغيير شدة المجال المغنـطيسي. ويقوم كشــّاف كهربائي بتسجيـل كل قيمــة من قيـم ك/ش.

وتوصل معظم مكشافات الطيف الكتلي بحاسوب يقوم بتخزين المعلومات ومعالجتها وتفسيرها. ويمكن أيضًا أن تستخدم أجهزة فصل أخرى، مثل راسم الاستشراب (الكروماتوغرافي) الغازي وراسم الاستشراب (الفصل الكروماتوغرافي) السائلي لتحليل الخلائط المحتوية على مئات المكونات. انظر: الفصل الكروماتوغرافي. ولمكشاف الطيف الكتلي كثير من الاستخدامات المهمة في العلم والصناعة. ومن الاستخدامات العامة: التمييز بين نظير ونظير آخر وقياس الكتل الذرية والجزيئية والكشف عن الشوائب في السليكون الذي يستخدم في أجهزة الترانزستور وغيره من الأجهزة الإلكترونية. وتستخدم الجهات الحكومية المتخصصة ـ في بعض الأحيان ـ مكشاف الطيف الكتلي لاكتشاف كميات المواد الملوثة في المياه والتربة وغيرها من المواد، ولقياسها كذلك



خواص الضوء
يسمى علم دراسة الضوء البصريات. وبمعرفة خواص الضوء تمكَّن العلماء من معرفة كيفية تصميم أنواع مختلفة من الأجهزة الضوئية التي تساعد في دراسة الكون. فعلى سبيل المثال يمكِّننا المجهر من رؤية الأشياء الصغيرة جدًا مثل الكائنات الحية أحادية الخلية. أما بوساطة المقراب (التلسكوب) فيمكن أن نرى الأجرام السماوية البعيدة ذات الأحجام الكبيرة كالمجرات والكواكب السيارة. ويساعدنا علم البصريات على فهم حاسة البصر، وألوان السماء، وبريق الماس، والعديد من مكونات العالم اليومي.


الانعكاس والانكسار والامتصاص. عندما يصل الشعاع من الضوء إلى سطح يفصل بين نوعين من المواد مثل الهواء والزجاج، يمكن أن تحدث له عدة أشياء. فجزء من الضوء يمكنه أن ينعكس من السطح بينما يمر جزء خلال السطح. أما الضوء الذي يدخل الوسط الثاني فينكسر (يغير اتجاه مساره) بالإضافة إلى إمكانية امتصاص جزء من الضوء بوساطة الجزيئات التي على السطح أو داخل الوسط الثاني.

وتسمح المادة الشفافة بمرور الأشعة الضوئية دون خلطها، وعليه يمكن الرؤية من خلالها. أما المواد شبه الشفافة فهي أيضًا تسمح لأشعة الضوء بالمرور خلالها، ولكنها تؤدي إلى اختلاط الأشعة الضوئية، ولذلك لا تمكن من الرؤية بوضوح خلال هذه المواد. أما المواد غير الشفافة أو المعتمة فإنها تمنع الضوء من المرور.


الانعكاس. ينعكس الضوء عندما يسقط على سطح أملس. ويسمى الشعاع الذي يسقط باتجاه السطح الشعاع الساقط، وبعد أن ينعكس الشعاع يسمى الشعاع المنعكس.تساوي الزاوية التي يكونها الشعاع الساقط مع العمودي (خط وهمي يكوِّن زاوية قائمة مع السطح العاكس) الزاوية التي يكونها الشعاع المنعكس مع العمودي.
يشبه انعكاس الضوء على سطح ارتداد كرة البلياردو عند طرف منضدة البلياردو. تخيل خطًا عموديًا على سطح الانعكاس. مثل هذا الخط يسمى العمودي وتسمى الزاوية المحصورة بين مسار الشعاع الساقط والعمودي زاوية السقوط. ويكون الشعاع المنعكس نفس الزاوية بالنسبة للعمودي مثل الشعاع الساقط، ولكن من الجهة الأخرى من العمودي. ويعمل الانعكاس بنفس الطريقة حتى وإن كانت الأسطح خشنة. فأي مكان ينعكس الشعاع من سطحه، فإن الزاوية التي تكون مع العمودي عند نقطة السقوط تساوي زاوية السقوط.

عندما ينعكس الضوء من سطح أملس، فإن جميع أشعته تنعكس في نفس الاتجاه. وعندما ينعكس الضوء من سطح خشن فإن أشعته تنعكس باتجاهات عديدة. ذلك لأن الأعمدة عند جميع نقاط السقوط تشير باتجاهات عديدة. لذلك يمكنك أن ترى صورتك في المرآة بينما لا يمكن أن تراها في قطعة من الورق.

الانعكاس استعادة طاقة موجبة، مثل الضوء أو الحرارة أو الصوت أو اللاسلكي، بعدما تصطدم بسطح. ويمكن مقارنة الانعكاس بكرة ترتطم بحائط ارتطامًا عموديًا وترتد في اتجاه معاكس إلى الخلف، وإذا دفعت الكرة نحو الحائط في مسار بزاوية تقل عن الزاوية القائمة، فإن مسارها في الارتداد سيصنع الزاوية نفسها ولكن في الجهة الأخرى من نقطة اصطدام الكرة بالحائط. ولنتصور خطًا مرسومًا يصنع 90° مع الحائط في النقطة التي تصطدم بها الكرة؛ فالزاوية الناتجة عن مسار الكرة المقذوفة على هذا الخط هي زاوية السقوط والزاوية المقابلة للكرة المرتدة هي زاوية الانعكاس، وهاتان الزاويتان متساويتان.

إن مبدأ الانعكاس له تطبيقات كثيرة في الحياة اليومية. فالمرآة تعكس أغلب الضوء الساقط عليها. وتعكس الأسطح المصقولة، مثل الكروم، معظم الضوء الساقط عليها. والأسطح الشفافة، مثل زجاج النافذة، تعكس قليلاً من الضوء. وأفضل مثال على انعكاس موجات الصوت هو الصدى. ويستخدم الرادار انعكاس موجات اللاسلكي


وعندما يمر الضوء خلال سطح، فإن سرعته تتغير ويحدث هذا لأن الضوء يسير خلال نوعيات مختلفة من الجزيئات، فمثلاً إذا مرّ الضوء من هواء إلى زجاج فإن سرعته تقل، وذلك لأن جزيئات الزجاج أكثر كثافة من جزيئات الهواء. وإذا دخل الضوء بأي زاوية ماعدا الزاوية القائمة، فإن التغير في سرعة الضوء يغير اتجاه السير أو بمعنى آخر فإن الضوء ينكسر .

وعندما يمر الشعاع من الهواء إلى الزجاج فإنه يميل باتجاه عمودي على السطح، ويعتمد مقدار الانحناء على نوعية المادة الداخل إليها الشعاع. ينكسر الضوء في الأنواع المختلفة من الزجاج والبلاستيك بكميات مختلفة. ويكسر الماس الضوء أكثر من الزجاج والبلاستيك.

ولملاحظة الانكسار ضع قلم رصاص في كأس ماء وبعدها انظر إلى قلم الرصاص من أعلى ومن جهة واحدة. يبدو القلم وكأنه انحنى عند سطح الماء. ويأتي الضوء من الجزء الأعلى من القلم مباشرة إلى العين بينما يمر شعاع الجزء الأسفل خلال السطح الفاصل بين الماء والهواء الذي عنده ينكسر الشعاع، ولذلك يبدو كأنه يأتي من أسفل قلم رصاص منحنياً عند قمته. انظر: الانكسار.

تمتص المواد المعتمة ألوانا محددة من الضوء. فيبدو الكتاب المجلد بالأحمر والمعرَّض للضوء الأبيض أحمر، لأن الجزيئات التي على السطح تمتص جميع الألوان الأخرى للضوء. وتتغير الطاقة الممتصة من الضوء بسرعة إلى حرارة وتسخن السطح. وتمتص المواد الشفافة أيضًا ألوانًا محددة إذا كانت تحتوي على ألوان أو أصباغ.


الاستطارة. تصف ما يحدث للذرات أو الجزيئات أو الأجسام الصغيرة، عندما تصطدم بها أشعة الضوء. ترسل هذه الأجسام الأشعة في اتجاهات جديدة، وهذا يسبب استطارة الأشعة. وتبدو السماء الصافية زرقاء وذلك لأن معظم الأشعة الزرقاء تستطير باتجاهنا بوساطة جزيئات الهواء على عكس الألوان الأخرى في ضوء الشمس. والشمس عندما تكون قريبة من الأفق تبدو وكأنها برتقالية أو حمراء، وذلك لأن الضوء الذي يصل إلينا يكون قد فقد معظم الألوان الأخرى بوساطة الاستطارة.



التداخل. يمكن أن تتداخل موجات الضوء بطريقتين 1- عندما تلتقي قمة موجة مع قمة موجة أخرى أو قاع موجة مع قاع موجة أخرى فإن الموجتين تمتزجان ويكونان نقطة مضيئة من الضوء. تسمى هذه العملية التداخل البناء 2- عندما تلتقي قمة بقاع فإن الموجتين تلغي إحداهما الأخرى لتعطيا نقطة معتمة. وتسمى هذه العملية التداخل الهدام. والرسم يوضح نمط تداخل موجات الماء المنتجة بالطريقتين.
التداخل. يعرف الضوء في معظم الحالات بأنه موجات لكل منها قمة وقاع. فعندما تمر موجتان ضوئيتان خلال نفس النقطة فإنهما تتداخلان في بعضهما لذلك فإنهما تجمعان أو تطرحان بعضهما من بعض. افترض أنه متى ما مرت قمة لموجة خلال النقطة فإنه تمر في الوقت نفسه قمة لموجة أخرى. وتجتمع القمتان مع بعضهما لتعطيا قمة كبرى. وتسمى هذه العملية التداخل البَنَّاء، وتعطي ضوءًا ساطعًا أكثر مما تعطيه أي موجة منفردة. وإذا افترضنا بدلاً من ذلك أنه متى ما وجدت قمة لموجة تمر خلال النقطة كان هناك قاع لموجة أخرى تمر خلاله، فإن القاع سوف يقلل من ارتفاع القمة ويترك النقطة معتمة أو مظلمة. وتسمى هذه العملية بالتداخل الهدام.

ووجود ظاهرة التداخل التي ينتج عنها سطوع أو تعتيم للضوء هي من أقوى الحجج التي تؤيد النظرية الموجية للضوء. وتنتج جميع أنواع الموجات أنماطاً من التداخل البَنَّاء والهدَّام عندما تمر خلال فتحتين صغيرتين متجاورتين.

وقد برهن العالم الإنجليزي توماس يونج في بداية القرن التاسع عشر الميلادي على الطبيعة الموجية للضوء بإرسال شعاع ضوئي خلال فتحتين ضيقتين. ويصل الضوء الذي يخرج من الفتحتين إلى شاشة. فإذا كانت طبيعة الضوء غير موجية، فإنه يظهر على الشاشة كنقطتين ساطعتين ضيقتين، كل واحدة منهما تخرج من فتحة، لكن الواقع أنه عندما يخرج الضوء من كل فتحة، فإنه ينتشر مع الضوء الآخر، وتمتلئ الشاشة بخطوط مضيئة وأخرى معتمة تسمى الأهداب. تتكون أهداب لامعة عندما تصل الموجتان قمة مع قمة لتعطي تداخلاً بناء. وتتكون أهداب معتمة عندما تصل الموجتان قمة مع قاع لتعطي تداخلاً هدامًا

التداخل يحدث عند مرور موجتين من نوعية واحدة من خلال نفس الفراغ في نفس الوقت. في التداخل البنَّاء يتحد (أ) و (ب) لتشكيل موجة مدعمة. أما في التداخل الهدّام فإن الفرق بين أ و ب يشكل موجة مخفضة.
التداخل تأثير ناتج عن موجتين من نوع واحد، تمرَّان من خلال فراغ واحد في وقت واحد. ويحدث هذا مع كل أنواع الموجات، بما في ذلك الموجات الصوتية، والموجات الضوئية، وموجات الراديو، وموجات الماء. ويُستخدم مصطلح التداخل أيضًا، للإشارة إلى أي تشابُك لإشارات الراديو والتِّلفاز، مع موجات كهرومغنطيسية غير مرغوب فيها، كتلك التي تحدثها العواصف الرعدية والآلات الكهربائية.

ويمكن إيضاح تداخل الموجات الصوتية، بوساطة نظام للموجات المجسمة ذات التردد العالي جدًا، تعطي فيه كلتا سماعتي الصوت نغمة موسيقية ذات تردد متطابق. فإذا كان المستمع جالسًا على مسافة متساوية من السماعتين، وصلت إليه قمم الموجتين الصوتيتين في وقت واحد. تصل الموجتان في تطاور (في أشكال موجية لها ذات التردّد أي أن قمم الموجتين وقِيعانها تتزامنان). ونتيجة لذلك، يصل إلى المستمع صوت أعلى مما تنتجه أي من السماعتين وحدها. وهذا التأثير يُسمَّى التداخل البناء. أما إذا كان جلوس المستمع أقرب إلى إحدى السماعتين من الأخرى، فإن قمم الموجتين الصوتيتين، تصلان إلى المستمع في وقتين متباينين. وعند ذلك يمكن أن يكون وصول الموجتين متفاوت الطور. فإذا وصلتا متفاوتي الطور تمامًا، فإن قمم إحداهما تتزامن مع قِيعان الأخرى. وبذلك تلغي كل موجة أثر الأخرى، ولا يصل إلى المستمع أيُّ صوت. وهذا التأثير يُسمَّى الإلغاء، أو التداخل الهدَّام.

يحدث التداخل حين تمر في فراغ واحد موجتان من نوع واحد وفي وقت واحد. وفي التداخل البناء، تلتقي الموجتان أ ، ب لتشكلا موجة مدعمة. أما في التداخل الهدام، فيؤدِّي الاختلاف بين الموجتين أ ، ب إلى تشكيل موجة مخفضة.


أهداب التداخل الناشئة عن التداخل في الموجات الضوئية، قد تكون مضيئة أو معتمة. وتظهر هذه الأهداب على شاشة عرض، عندما يمر شعاع ضوئي من خلال خطوط محفورة على لوح زجاجي.
ويحدث تداخل مشابه بين الموجات الضوئية. ويمكن أن يُلاحَظ التأثير من خلال تجربة بسيطة. ادهن صحيفة زجاجية بدهان ثم اخدش عليها خطين رفيعين متقاربين جدًا. وجِّه شعاعًا ضوئيًا وحيد التردد، أي وحيد اللون، على الخطين، ودع الضوء النافذ يسقط على شاشة عرض. يظهر الضوء على الشاشة في شكل سلسلة من الخطوط المضيئة والمعتمة التي تُسمَّى أهداب التداخل. وتكون الأهداب المضيئة مناطق تصل فيها الموجات الضوئية النافذة من الخطين متطاورة (متزامنة) في الطَّور وتدعم كل واحدة الأخرى. وتكون الأهداب المعتمة في مناطق تصل فيها الموجات الضوئية متفاوتة الطور وتلغي إحداهما الأخرى.

وقد ساعدت البحوث المتعلقة بالتداخل العلماء على فهم الطبيعة الموجية للضوء، وبنية الذرات والجُزَيْئات. وكذلك أسفرت عن تطبيقات عملية متنوعة. فعلى سبيل المثال، يمكن تداخل موجات الضوء من إنتاج الصور ثلاثية الأبعاد والتي تُسمَّى المصور التجسيمي
وتستخدم أيضًا في ضبط الإرسال الإذاعي، حيث ترسل موجات الإذاعة أحيانًا موجات راديو من هوائيات متعددة تكون في صف واحد. ويزيد نمط التداخل الناتج كثافة البث في بعض الاتجاهات ويخفضها في اتجاهات أخرى.


التصوير التجسيمي طريقة لإنتاج صور ذات أبعاد ثلاثية، على لوح زجاجي حسّاس للتصوير أو فيلم. ويؤدي عمق المنظر إلى أن تبدو الأشياء حقيقية. وتظهر هذه الأنواع من الصور على بعض بطاقات الائتمان لتجنب التزوير.

هناك خطوتان أساسيتان في التصوير التجسيمي هما: 1ـ صناعة نموذج يُسمَّى المصور التجسيمي. 2ـ إنتاج الصور ذات الأبعاد الثلاثية. وفي الخطوة الأولى، يستَخدم جهاز زجاجيّ لتقسيم شعاع ضوء الليزر إلى شعاعين؛ يُضيء أحدهما المنظر ويعكس الصور على الفيلم. أما الشعاع الآخر ويُسمَّى الشعاع المرجعي فإنه يضيء مباشرة على الفيلم. وتتداخل الصورة المنعكسة والشعاع المرجعي مُكَوّنين صورة مركبة على الفيلم. وعندما يُحَمَّض هذا الفيلم فإنه يمثل التصوير التجسيمي. وفي الخطوة الثانية فإن الضوء الذي يُشرق من نفس اتجاه الشعاع المرجعي، يضيء التسجيل الفوتوغرافي، ويحوِّل التصوير التجسيمي هذا الضوء لإعادة تكوين الأوضاع الضوئية في المنظر الأصليّ محدثًا بذلك صورة ثلاثية البعد. وفي معظم الحالات يكون الليزر هو مصدر الضوء.

وللتصوير التجسيمي تطبيقات بحثية وتحليلية. مثال ذلك أنه يستخدم في استكشاف عيوب أجنحة الطائرات والإطارات والعدسات، وأشياء أخرى.

كما أنها تُستَخْدَم في قياس سرعة الذرَّات المتحركة، وإنتاج صور ثلاثية البعد للأشياء المجهرية.

اخترع دينيس جابور، المجري المولد، التصوير التجسيمي ذا البعد الثلاثي عام 1947م. وقد نال جائزة نوبل عام 1971م في علوم الطبيعة عن هذا الاختراع.