علم البصريات فرع الفيزياء الذي يدرس سلوك وخصائص الضوء، بما في ذلك تفاعلاته مع المادة وبناء الأدوات التي تستخدمه أو تكتشفه، وللمزيد إليك تعريف علم البصريات
تعريف علم البصريات
البصريات عادة ما يصف السلوك المرئي، الأشعة فوق البنفسجية، والأشعة تحت الحمراء ضوء.
الضوء موجة كهرومغناطيسية، وتوجد أشكال أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الأشعة السينية، وأفران الميكروويف، وموجات الراديو تحمل خصائص مشابهة.
فروع علم البصهريات
- البصريات الهندسية
تشير تجربتنا اليومية مع الضوء إلى أنه يسير، في معظم الأحيان في خطوط مستقيمة.
عندما تتسرب أشعة الشمس من خلال فجوة في سحابة أو عبر فجوة في بعض أوراق الشجر الداكنة، نرى “خطًا” أو “مجرى” مستمر من الضوء ينبعث من تلك الفجوة.
إذا جعلنا الفجوة أصغر، فسيصبح المسار أضيق، ولكنه يظل تيار الضوء.
يوجد قانونان لما يحدث عندما يواجه الضوء سطحًا ماديًا:
- قانون الانعكاس: حيث يعكس سطح زاوية السقوط من شعاع تساوي زاوية الانعكاس.
- قانون الانكسار: يوضح طريقة شعاع ضوء يتغير اتجاهه عندما يمر عبر الحدود مستوى من مادة واحدة إلى أخرى.
النتيجة المباشرة لهذا “الانحناء” من أشعة الضوء هو أن كائن نصف مغموس في كوب من الماء سوف يبدو مثنيًا .
من قوانين الانعكاس والانكسار، يمكن للمرء تحديد سلوك الأجهزة البصرية مثل التلسكوبات والمجاهر.
يمكن للمرء أن يتتبع مسارات الأشعة المختلفة (المعروفة باسم “تتبع الأشعة”) من خلال النظام البصري ومعرفة كيف يمكن تشكيل الصور واتجاهها النسبي وتكبيرها.
هذا هو في الواقع أهم استخدام البصريات الهندسية حتى يومنا هذا، ويمكن تحديد سلوك الأنظمة البصرية المعقدة، بتقريب أولي، عن طريق دراسة مسارات جميع الأشعة عبر النظام.
- البصريات المادية
البصريات الفيزيائية دراسة خصائص موجة الضوء، والتي يمكن تجميعها تقريبًا في ثلاث فئات: التداخل والحيود والاستقطاب.
التداخل هو قدرة الموجة على التداخل مع نفسها، وخلق مناطق محلية حيث يكون الحقل بالتناوب شديد السطوع ومظلمة للغاية.
الحيود هو قدرة الأمواج على “الانحناء” حول الزوايا وانتشارها بعد المرور عبر فتحة.
يشير الاستقطاب إلى خصائص الضوء المتعلقة بطبيعتها المستعرضة.
يمكن تحديد طبيعة موجة الصوت بسهولة من قبل أي شخص حتى من دون جهاز علمي خاص، على سبيل المثال، إذا كنت تقف على الجانب الآخر من مبنى من صديق، بعيدًا عن الأنظار المباشرة
فستظل صيحات صديقك مسموعة لك، تلتف الموجات الصوتية من صديقك جزئيًا حول أركان المبنى، مما يتيح لك سماع صوته.
- البصريات الكمومية
تطور إدراك سلوك الجسيمات للضوء عبر عدد من الاكتشافات في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين
وبلغت ذروتها في تفسير أينشتاين عام 1905 للتأثير الكهروضوئي باستخدام مفهوم الفوتون.
التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة يمكن فيها طرد الإلكترونات من سطح المعدن عن طريق تسليط حزمة من الضوء على السطح.
كان للتأثير عدد من الميزات الغريبة التي أوضحها آينشتاين كانت أكثر سهولة في التفسير من خلال النظر في الضوء كتيار من الجزيئات.
والحقيقة أن للضوء خصائص تشبه الموجات والجسيمات، وهذا يتوقف على ظروف القياس.
هذا هو ما يُعرف باسم ثنائية الجسيمات الموجية، وهو أحد أحجار الزاوية في الفيزياء الحديثة.
