اليوم نعتقد أن جميع الجسيمات ، من الكواركات الضخمة إلى الفوتونات عديمة الكتلة ، لها طبيعة جسيم / موجة مزدوجة. منذ مئات السنين ، اعتبر الناس الجسيمات فقط. لكن في عام 1818 ، كانت الموجات موجهة لتحقيق عودة منتصرة على أساس دراسات عن طبيعة الضوء.كلنا نحب أفكارنا الأكثر قيمة حول بنية العالم والكون. غالبًا ما يرتبط مفهومنا للواقع ارتباطًا وثيقًا بصورتنا الذاتية. لكن أن تكون عالما يعني أن تكون مستعدا للتساؤل عن كل هذه الأفكار في كل اختبار. مجرد ملاحظة أو قياس أو تجربة واحدة تتناقض مع النظرية كافية لإعادة النظر في فهمنا للواقع أو التخلي عنه تمامًا. إذا استطعنا إعادة إنتاج هذا الاختبار العلمي وإظهاره بشكل مقنع أنه لا يتطابق مع النظرية السائدة ، فنحن نرسي أسس الثورة العلمية. ولكن إذا كان شخص ما لا يريد إخضاع النظرية أو الافتراضات إلى الشيكات ، فقد يكون ارتكب أكبر خطأ في تاريخ الفيزياء.
المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية (lat. Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica) بقلم إسحاق نيوتن ، الطبعة الثالثة ، 1726. أصبحت أطروحات نيوتن حول موضوعات مثل الميكانيكا والجاذبية والضوء أساس الكثير من الفيزياء الحديثة.تتطلب الطبيعة البشرية أبطالًا: الأشخاص الذين نتبعهم ، والذين نعجب بهم ، والذين نكافحهم لنصبح مثلهم. كان أعظم بطل في الفيزياء لعدة قرون هو إسحاق نيوتن. كان نيوتن ركيزة من الإنجازات العلمية للبشرية. وصفت نظريته عن الجاذبية العالمية كل شيء بشكل جميل من حركة المذنبات والكواكب والأقمار إلى ما قبل سقوط الأجسام على الأرض. يظل وصفه لحركة الأشياء ، بما في ذلك قوانين الحركة وتأثير القوى والتسارع عليها ، صحيحًا في أي بيئة تقريبًا ، حتى اليوم. كان الجدل مع نيوتن أغبياء.
لذلك ، في بداية القرن التاسع عشر ، كان على العالم الفرنسي الشاب
أوغستين جان فريسنل أن يفهم أنه كان يشرع في مغامرة.
يوضح سلوك الضوء الأبيض الذي يمر عبر المنشور كيف يتحرك الضوء المتوسط في الطاقات المختلفة بسرعات مختلفة ، على عكس الفراغ. كان نيوتن أول من شرح الانعكاس والانكسار والامتصاص ونقل الضوء ، وكذلك قدرة الضوء الأبيض على الانقسام إلى عدة ألوان.على الرغم من أنه أصبح اليوم أقل شهرة من مزاياه في الميكانيكا أو الجاذبية ، إلا أن نيوتن كان أيضًا من أوائل العلماء الذين شرحوا كيف يعمل الضوء. وقد أوضح انعكاس الضوء وانكساره وامتصاصه ونقله ، وكذلك كيف يتكون اللون الأبيض من ألوان مختلفة. بالانتقال من الهواء إلى الماء والعكس ، تظهر أشعة الضوء ، والمكون المنعكس على كل سطح ، والمكون الذي مر.
استندت نظريته الجسدية للضوء على الجسيمات ، وكانت فكرة أن أشعة الضوء تتفق مع مجموعة واسعة من التجارب. على الرغم من وجود نظرية موجية للضوء في عهد نيوتن ، قدمها
كريستيان هيغنز ، إلا أنها لم تستطع شرح تجارب المنشورات. نتيجة لذلك ، أصبح Newton Opticks هو الفائز ، وكذلك فعلت ميكانيكاها بخطورة كبيرة.
بدأ فهم خصائص موجات الضوء بشكل أفضل بفضل تجارب توماس يونغ ذات الشقين ، حيث تجلى التدخل البنائي والمدمر بوضوح. هذه التجارب للموجات الكلاسيكية معروفة منذ القرن السابع عشر. في 1800s ، أظهر يونغ أنها تنطبق على الضوء.ومع ذلك ، في فجر القرن التاسع عشر ، بدأت تواجه صعوبات. أجرى توماس يونج تجربة كلاسيكية الآن مرت خلالها الضوء عبر شق مزدوج: فتحتان ضيقتان تقعان على مسافة قصيرة من بعضهما البعض. والضوء ، بدلًا من التصرف كجسم كريزي ، ويمر إما عبر فتحة واحدة أو عبر أخرى ، أظهر نمطًا للتداخل: سلسلة من الخطوط الفاتحة والمظلمة.
علاوة على ذلك ، تم تحديد نمط النطاقات بواسطة معلمتين للتجربة قابلة للضبط: المسافة بين الشقوق ولون الضوء. إذا كان اللون الأحمر يقابل ضوء الطول الموجي الطويل ، واللون الأزرق يقابل الطول الموجي القصير ، فإن الضوء يتصرف تمامًا كما يتوقع المرء من موجة. كانت تجربة يونج منطقية فقط إذا كانت طبيعة الضوء ملوّثة بشكل أساسي.
في تجربة ثنائية الفجوة مع الضوء ، تظهر أنماط التداخل ، كما في أي موجة. تمت دراسة خصائص الألوان المختلفة للضوء بسبب اختلاف أطوال موجتها.ولكن في الوقت نفسه ، لا يمكن تجاهل نجاحات نيوتن. أصبحت طبيعة الضوء موضوعًا مثيرًا للجدل بين العلماء في بداية القرن التاسع عشر. في عام 1818 ، أعلنت
الأكاديمية الفرنسية للعلوم عن مسابقة لشرح طبيعة الضوء. هل هي موجة أم جسيم؟ كيفية اختباره وكيفية تأكيد الاختبار؟
شارك أوغسطين جان فريسنل في المسابقة ، على الرغم من أنه كان مهندسًا مدنيًا بالتعليم ، وليس فيزيائيًا أو عالم رياضيات. قام بصياغة نظرية جديدة للضوء ، والتي كانت سعيدة بشكل لا يصدق ، تستند بشكل أساسي إلى عمل هيغنز في القرن السابع عشر والتجارب الأخيرة التي أجراها يونغ. كان كل شيء جاهزًا لارتكاب أكبر خطأ في الفيزياء.
إن الإضاءة بواسطة ضوء متماسك (على سبيل المثال ، من ليزر) لكائن كروي معتم هي واحدة من أوضح الطرق للتحقق من موجة الضوء ، بدلاً من الطبيعة الجسيمية.بعد أن قدم عمله ، قام أحد القضاة ، عالم الفيزياء والرياضيات الشهير
سيمون دينيس بويسون ، بدراسة نظرية فريسنل بعناية فائقة. إذا كان الضوء جسيمًا ، كما وصف نيوتن ، فسوف يتحرك ببساطة في خط مستقيم في الفضاء. ولكن إذا كان الضوء عبارة عن موجة ، فسوف يشارك في التداخل والحيود عندما يواجه عائقًا أو فجوة أو سطحًا. يمكن أن تعطي التكوينات الهندسية المختلفة أنماطًا مختلفة ، ولكن يتم الاحتفاظ بالصورة العامة.
تخيل بويسون لونًا واحدًا: طول موجي واحد في نظرية فريسنل. تخيل أن مثل هذا الضوء له شكل مخروط ويلتقي بجسم كروي. وفقًا لنظرية نيوتن ، يجب أن يكون الظل مستديرًا ، محاطًا بالضوء. وفقًا لنظرية فريسنل ، كما أوضح بواسون ، يجب أن يكون هناك نقطة مضيئة واحدة في مركز الظل. هذا التوقع ، كما خلص بواسون ، كان من الواضح أنه سخيف.
التنبؤ النظري بما يجب أن يكون عليه شكل موجة الضوء حول جسم معتم كروي. كانت النقطة المضيئة في الوسط سخيفة ، مما أجبر الكثيرين على التخلي عن نظرية الموجة.حاول بواسون دحض نظرية فريسنل ، موضحًا أنها تؤدي إلى استنتاجات خاطئة: دليل على العكس. أراد بواسون استنباط التنبؤ من نظرية ضوء الموجة ، والتي سيكون لها عواقب سخيفة بشكل واضح ، والتي سوف تثبت زيفها. إذا كان التنبؤ سخيفًا ، فيجب أن تكون نظرية الموجة خاطئة. كان نيوتن على حق ، فريسنل كان على خطأ ، تم إغلاق القضية.
ومع ذلك ، هذا هو أكبر خطأ في تاريخ الفيزياء! من المستحيل استخلاص استنتاجات ، بغض النظر عن مدى وضوحها ، دون إجراء تجربة حاسمة. لا تتم الفيزياء على أساس الأناقة والجمال وبساطة الأدلة أو الجدل. تم تأسيسها من خلال طلبات الطبيعة نفسها - وبالتالي ، من خلال إجراء التجارب ذات الصلة.
نموذج تجربة اكتشفت فيه Arago نقطة مضيئة. في بعض الأحيان تسمى هذه البقعة بقع Poisson ، ولكن يجب تمجيدها لقرون ، مثل بقعة Arago ، مع الإشارة إلى جهوده التي أدت إلى تجربة حقيقية.لحسن حظ فريسنل والعلوم ، لم يتأثر رئيس لجنة التحكيم بحجج بويسون.
أجرى فرانسوا أراغو ، الذي أصبح فيما بعد مشهورًا كسياسي وإلغاء عقوبة الإعدام ورئيس وزراء فرنسا ، دفاعه ليس فقط عن فريسنل ، ولكن عملية البحث العلمي برمتها ، وأجرى تجربة حاسمة من تلقاء نفسه. لقد صنع عقبة كروية وأشرق عليها بضوء أحادي اللون ، والتحقق من التنبؤ بنظرية الموجة حول التداخل البناء. وفي وسط الظل ، كان من السهل التمييز بين نقطة مضيئة من الضوء. على الرغم من أن التنبؤ بنظرية فريسنل بدا سخيفًا ، إلا أن الدليل التجريبي كان جاهزًا لتأكيده. العبثية ، أم لا السخافة - لقد تحدثت الطبيعة.
نتيجة تجربة استخدام ضوء الليزر الذي يتدفق حول كائن كروي وبيانات بصرية حقيقية.قد يكون هناك خطأ كبير من عالم الفيزياء أنه يقرر أنه يعرف الإجابة مقدما. سيكون من الخطأ بدرجة أكبر افتراض أن التجربة ليست ضرورية ، لأن الحدس سيخبرك بما يحدث في الطبيعة وما الذي لا يحدث. لكن الفيزياء ليست دائمًا علمًا بديهيًا ، ولهذا السبب يجب أن نتحول دائمًا إلى تجارب وملاحظات واختبارات قابلة للقياس لنظرياتنا.
بدون هذا النهج ، لن ندحض أبدًا وجهة نظر أرسطو. لم نكن لنكتشف نظرية النسبية الخاصة أو ميكانيكا الكم أو نظرية الجاذبية الحالية: نظرية النسبية العامة لأينشتاين. وربما لم نكتشف أبدًا طبيعة موجة الضوء.
رسم تخطيطي لشعاع ثابت من الضوء ينقسم بواسطة منشور. هذا الضوء عبارة عن موجة تتزامن مع تفسير أعمق لحقيقة أنه يمكن تقسيم الضوء الأبيض إلى ألوان مختلفةلقد مر 200 عام منذ زمن الخطأ الأكبر في تاريخ الفيزياء. وحقيقة أن هذا الخطأ لم يكن له أي تأثير عمليًا على أي شيء حدث فقط بسبب التسلسل العلمي لفرانسوا أراغو ، الذي لم يكن خائفًا من الدفاع عن أهم مبدأ علمي. يجب علينا الإجابة على الأسئلة حول الكون من خلال إخضاعه للتجارب. بعد كل شيء ، كان نيوتن نفسه في كتابه Opticks الذي كتب:
هدفي من هذا الكتاب ليس شرح خصائص الضوء بالافتراضات ، بل اقتراحها وإثباتها على أساس العقل والتجريب.
بدون تجارب ، لن ينجح العلم. إن الافتراض القائل بأن بإمكاننا أن ننظر إلى التنبؤ ونعلن أنه أمر سخيف هو أكبر عيب لنا كبشر. الطبيعة قد تكون أو لا تكون سخيفة ؛ لا يعتمد على ما إذا كان صحيحًا أم لا. للقيام بكل شيء بشكل صحيح ، تحتاج إلى إجراء تجربة. بدون هذا ، فأنت لا تشارك في العلوم.
يمكنك العثور على المزيد من المقالات حول موضوع العلوم الشائعة على موقع Golovanov.net . اقرأ: كيف نشأ التنوع البيولوجي ، وكيف أثبتت الأشعة السينية وجود مادة مظلمة ، وكيف تساعد القوة الغاشمة علماء الفيزياء في مصادم هادرون الكبير ، لماذا يبدو تايتان مثل الأرض أكثر مما كنا نظن ؛ سلسلة اسأل إيثان من مقالات علم الكونيات.
أذكرك أن المشروع موجود فقط بفضل دعم القراء (البطاقات المصرفية ، Yandex.Money ، WebMoney ، Bitcoins ، ولكن على الأقل). شكرا لكل من قدم الدعم بالفعل!