متى قررت أن تفتش عن قوس قزح، فعليك أن تتأكد من نزع نظارتك الشمسية إذا ما كانت من النوع ذي الاستقطاب، وإلا فاتك المشهد إنني قد مررتُ بتجربة طريفة تتعلق بذلك الأمر ذات يوم. أحب أن أتمشى بمحاذاة شاطئ جزيرة بلام. منذ عدة سنوات كنتُ أمشي على طول الشاطئ؛ كانت الشمس ساطعة والريح تزأر، وعندما اصطدمت الأمواج بالشاطئ مع دنوها منه حدثت الكثير من زخات الماء، لذا فقد رأيت شذراتٍ من أقواس قزح. هنا شرعت أشير إليها لصديقي الذي قال إنه لا يرى ما أتكلم عنه ولعلنا قد قطعنا الشاطئ جيئة وذهابًا نحو ست مرات ونحن على ذات الحال. أصيح أنا منزعجًا بعض الشيء «ها هو واحد» فيصيح هو الآخر «لا أرى شيئًا». لكن فجأة خطر لي خاطر ذكي، فطلبت منه أن ينزع نظارته الشمسية التي علمتُ من النظر إليها أنها مستقطبة. وبالفعل نجح بعد تخليه عن نظارته الشمسية في رؤية أقواس قزح، بل إنه صار يشير إليها ليريني إياها. ما الذي حدث؟

أقواس قزح هي أمر ذو طبيعة غير معتادة وذلك لأن كل أشعتها الضوئية تقريبا مستقطبة. الآن صرت تعرف مصطلح «المستقطب» الذي يصف النظارة الشمسية. لكنه مصطلح غير صحيح من الناحية التقنية، لكن سوف أستفيض في الشرح عن الضوء المستقطب ثم سأرجع إلى النظارات الشمسية وأقواس قزح.

تنتج الأمواج عن اهتزاز شيء ما شيء على غرار شوكة رنانة تتذبذب، أو وتر كمان من الذي ينتج موجات صوتية. أما الموجات الضوئية فتنتجها الإلكترونات المتذبذبة وعندما تصير الذبذبات كلها متجهة اتجاها واحدًا ومتعامدة على اتجاه انتشار الموجات نسمي نحن هذه الموجات موجات مستقطبة خطيًّا. ولأجل التبسيط سوف أتخلى عن مصطلح «خطيا» فيما يلي لأنني في هذا المقال لا أتكلم إلا عن هذا النوع من الضوء المستقطب.

لا يمكن لموجات الصوت أن تُستقطب؛ وذلك لأنها دائما تنتشر في ذات اتجاه تذبذب جزيئات الهواء في موجات الضغط كتلك الموجات التي تستطيع توليدها عن طريقة لعبة السلينكي Slinky ⁽¹⁾. أما الضوء فيمكن أن يستقطب. صحيح أن ضوء الشمس أو الضوء المنبعث من المصابيح الكهربائية التي في منزلك ليس مستقطَبًا، لكننا نستطيع بكل سهولة تحويل أي ضوء غير مستقطب إلى ضوء مستقطب. واحد من الطرق لفعل ذلك هو شراء نظارة مستقطبة. لعلك الآن تعرف أن الاسم الذي يطلق على هذه النظارات ليس دقيقا جدا. فهي في الواقع نظارات مستقطبة بكسر الطاء لا بفتحها. والسبيل الآخر إلى ذلك هو شراء نظارة مستقطبة خطية (النظارة التي اخترعها إدوين لاند مؤسس شركة بولارويد كوربوريشن) ثم تنظر للعالم من خلالها. ونظارة لاند المستقطبة تلك يبلغ سمكها مليمترًا واحدًا ويباع منها جميع المقاسات. معظم الضوء الذي ينفذ من خلال هذه المستقطبات (ومن بينها النظارات الشمسية المستقطبة) يصير مستقطَبا.

لو وضعت مستقطبين مستطيلين أحدهما فوق الآخر (أُعطي كل طالب من طلابي اثنين كي يجروا هذه التجربة في منازلهم) وأدرتهما بزاوية 90 درجة أحدهما من الآخر، فلن يمر أي ضوء منهما.

تنتج الطبيعة مقدارًا كبيرًا من الضوء المستقطب دون أي عون من مستقطبات لاند. فالضوء المنبعث من السماء الزرقاء الذي يأتي من زاوية قدرها 90 درجة من اتجاه الشمس كله تقريبا مستقطب. كيف لنا أن نعلم ذلك؟ ما عليك إلا أن تنظر إلى السماء الزرقاء (بزاوية قدرها 90 درجة من الشمس) من خلال مستقطب خطي، ثم تديره ببطء وأنت تواصل النظر. سوف تلاحظ تغيرًا في سطوع السماء. عندما تصير السماء مظلمة بالكامل، ويكون الضوء القادم من ذلك الجزء من السماء مستقطَبًا استقطابا شبه تام. ومن ثم فإنك كي تكتشف الضوء المستقطب لا تحتاج إلا إلى مستقطب واحد (لكنك لو امتلكت اثنين لغدا الأمر أكثر إمتاعًا).

أنتجت في قاعة الدراسة ضوءاً أزرق عن طريق نشر ضوء أبيض نابع من دخان سيجارة. كنت أرتب ذلك بشكل يجعل الضوء الأزرق المنتشر في قاعة الدرس ينتشر في نطاق زاوية قدرها 90 درجة؛ وهذا الضوء هو أيضًا مستقطب بالكامل. ويستطيع الطلاب أن يروا ذلك عن طريق مستقطباتهم الخاصة التي يحضرونها دائماً معهم.

وضوء الشمس (أو ضوء المصباح الكهربي) الذي ينعكس عن الماء أو الزجاج يمكن أن يكون مستقطَبًا كليا تقريبًا إذا سقط على سطح الماء أو الزجاج بالزاوية المناسبة لذلك، وهي الزاوية التي نسميها زاوية برويستر. لذلك يرتدي قادة القوارب والبحارة نظارات شمسية مستقطبة لأنها تعترض الكثير من الضوء الذي يعكسه سطح الماء. (ديفيد برويستر هو فيزيائي أسكتلندي عاش في القرن التاسع عشر وكانت له أبحاث كثيرة في مجال البصريات).دائمًا ما أحمل في محفظتي – نعم دائمًا – مستقطبًا واحدًا على الأقل، وأحث تلاميذي على ذات الفعل.

لماذا أخبرك بكل هذا عن الضوء المستقطب؟ لأن الضوء النابع من أقواس قزح كله تقريبًا مستقطب. وهذا الاستقطاب يحدث عندما ينعكس الضوء داخل قطرة الماء، وهو، كما صرت تعلم، شرط ضروري لتكون قوس قزح.

في قاعة الدراسة أصنع نوعًا خاصا من أنواع قوس قزح (باستخدام قطرة ماء وحيدة رغم كونها كبيرة جدا) ومنه أستطيع أن أبرهن على ما يلي:

(1) اللون الأحمر يكون على الجانب الخارجي للقوس.

(2) اللون الأزرق يكون على الجانب الداخلي للقوس.

(3) في داخل القوس يكون الضوء لامعًا أبيض على النقيض منه خارج القوس.

(4) الضوء النابع من القوس مستقطب.

إنني أرى في استقطاب أقواس قزح أمرًا مدهما للغاية (وهو أحد الأسباب التي تجعلني أحمل مستقطبا معي).

____________________________________________________
هوامش

(1) لعبة السلينكي هي لعبة يدوية ذاتية الحركة مكونة من لفائف معدنية متصلة ببعضها بعض (المترجم).

مواضيع ذات صلة

The momentum of light

Polarization of scattered light

The electric vector of light

Scattering of light

Reflection and refraction

Light

أسرار قوس قزح

المفعول الكهروضوئي والنظرية الجسيمية والموجية:

الاضطراب في تفسير بنية الضوء (الطبيعة الجسمية الموجية للضوء)

الضوء

الضوء ومم يتالف

يمكن للضوء أن يسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء