عالمٌ من الألوان

(١) زاوية من مرآتين

في حالة المرآتين المتعامدتين، لن يظهر على صورتك «في الزاوية» أيُّ تغيير فيما يتعلَّق بيديك، وذلك على النقيض من الصور المعكوسة التي تُرى في أيٍّ من المرآتين المستويتين كلٌّ على حدةٍ. وسبب هذا هو انعكاس الصورة على محور اليمين/اليسار، وانعكاسها على محور الأمام/الخلف.

(٢) الفيل المختفي

في الواقع يظل الفيل موجودًا داخل القفص. وحين يأتي وقت الاختفاء، تنزلق مرآتان كبيرتان بسرعة في موضعيهما ويرى الجمهور الجدران الداخلية لخشبة المسرح. هاتان المرآتان الجانبيتان مصمَّمتان بحيث يطابق الضوء المنعكس مِن عليهما ستارة المسرح الخلفية، التي لا تظهر عليها صورة الفيل. توضع المرآتان المستويتان الكبيرتان بزاوية قائمةٍ إحداهما على الأخرى بحيث يكون خط التَّمَاسِّ إلى الأمام، في اتجاه الجمهور. تُستخدَم ومضة من الضوء لإخفاء الحركة السريعة للمرآتين. ثم يُقاد الفيل سريعًا إلى خارج خشبة المسرح من خلال باب لا يراه الجمهور.

(٣) الصورة الطافية

الصورة الحقيقية مُنتَجة بواسطة انعكاسَيْن اثنين، واحد من السطح الداخلي لكل مرآة مقعرة من المرآتين، قبل أن يخرج شعاع الضوء. الجسم المنتصب الموضوع في القاع سيبدو على هيئة صورة حقيقية منتصبة، كما يتحدَّد بواسطة النظر إلى الصورة وبواسطة تتبع الأشعة الصادرة عنه.

(٤) إضاءة صورة

الصورة الحقيقية ستكون مضاءة على نحو ملائم في الموضع المحدَّد الذي سيوجَّه إليه ضوء المصباح. يمكن للمرء تتبُّع أشعة الضوء الصادرة عن المصباح اليدوي وهي تمر عبر الصورة الحقيقية كي تضرب الجسم الحقيقي الموضوع على المرآة السفلى؛ ومن ثم، يُضاء الجسم الحقيقي بواسطة المصباح اليدوي، وبالتبعية ستُضاء صورته.

(٥) التواصل بشعاع الليزر

ينبغي أن تصوِّب شعاع الليزر مباشرةً على امتداد خط الرؤية إلى المحطة الفضائية. سيكون هناك اختلاف طفيف للغاية في الزاوية لكلٍّ من الضوء الأحمر والضوء الأزرق، لكن مستقبِل المحطة الفضائية سيكون كبير الحجم بما يكفي مقارنةً بقُطر الشعاع ومقارنةً بمسافة الانفصال، لدرجة أن هذا التصويب المباشر لن يُحدِث أي اختلاف.

(٦) العصا المنثنية

التناقض هنا ظاهري وحسب. فعينُ الراصد تتلقَّى الضوء المنعكِس من أسفل العصا (ب)، لكن شعاع الضوء الخارج من (ب) يغيِّر اتجاهه عند السطح الواصل بين الماء والهواء (ﺟ) على امتداد المسار (ب ﺟ د) كي يصل للعين. وبالنسبة إلى الراصد، يبدو الضوء وكأنه جاء مباشرةً من وراء النقطة (ﺟ)، أو من نقطة قرب النقطة (ﻫ). لاحظ أن النقطة (ﻫ) أعلى من النقطة (ب)؛ لذا تبدو العصا وكأنها منثنية لأعلى.

(٧) الثقب الصغير

الجواب هو: نعم. فهندسة المثلثات المتشابهة تكشف أن نسبة قُطر الشمس إلى قُطر صورة الشمس تعادِل نسبة المسافة إلى الشمس مقسومةً على صورة المسافة من الثقب. وبما أننا نعلم الكميات الثلاث الأخرى، يكون من الممكن تحديد قُطر الشمس.

(٨) النافذة

تبدو النافذة المفتوحة سوداء أو مظلمة للغاية في وقت النهار؛ لأن أغلب الضوء يدخل من فتحة النافذة ولا يخرج. والسلوك عينه يفسِّر سبب سواد بؤبؤ العين. وفي الواقع، حتى الطباعة السوداء الظاهرة على هذه الصفحة تمتصُّ معظم الضوء الساقط عليها. فالمعلومات التي تقرَؤُها في هذه الكلمات تتحدَّد في الحقيقة بواسطة انعكاسات الضوء من الورق الأبيض المحيط بالأحرف السوداء.

(٩) غطاء النافذة

الجواب هو: لا. فغطاء النافذة يساعد في فصل الشتاء أيضًا. ينقل الغطاء قدرًا أقل من الأشعة تحت الحمراء؛ ومن ثم في فصل الشتاء سيظل المزيد من الطاقة تحت الحمراء داخل الحجرة.

(١٠) قوس قزح

هناك طريقتان تحل بهما الطبيعة هذه المشكلة؛ أولًا: ليست قطرات المطر كروية تمامًا في الواقع؛ لذا لا توجد ظروف هندسية متماثلة عند كل سطح مشتَّت بين الماء والهواء. ثانيًا: دائمًا ما يخرج بعض الضوء من السطح حتى في حالة الانعكاس الداخلي الكامل.

(١١) لغز بصري

ستنقلب الصورة وتدور يمينًا لأعلى؛ أي إن دوران المرآة بزاوية ٩٠ درجة سيؤدِّي إلى دوران مقداره ١٨٠ درجة للصورة. من شأن مخطَّط لتتبُّع الأشعة أن يبيِّن السبب وراء كون هذا السلوك متوقَّعًا.

(١٢) مرآة الرؤية الخلفية

مرآة الرؤية الخلفية لها شكل الإسفين، وبها سطح مفضَّض في الخلفية. زاوية الإسفين تتراوح بين ثلاث وخمس درجات. وخلال وقت النهار يرى السائق الانعكاس من على خلفية السطح. أما في الليل، بعد إمالة المرآة، فإن السائق يرى الانعكاس الأردأ من على الجزء الأمامي من السطح، وهو غير مفضَّض. لا يزال يوجد انعكاس من على السطح المفضَّض، لكن هذا الضوء المنعكس لا يصل إلى العين.

(١٣) ألوان

خطأ. في أغلب الأوقات يبدو القميص باللون الأخضر؛ لأن مزيج الألوان المشتَّت انتقائيًّا نحو أعيننا يعطي درجةً ما من درجات اللون الأخضر. ومما يثير الدهشة أنه لا يوجد في المعتاد ضوء أخضر في الطيف الداخل إلى أعيننا. فمنظومة العين/المخ تخدعنا على نحو متكرِّر عند النظر إلى الألوان، لكن يمكن لمقياس الطَّيف أن يكشف عن الألوان الحقيقية — تردُّدات الضوء الفعلية — التي يشتِّتها القميص.

(١٤) الألوان الأوَّلية

صحيح وخطأ في الوقت نفسه. فالألوان الأحمر والأخضر والأزرق ليست الألوان الأولية الوحيدة للضوء. فأي ثلاثة ألوان للضوء يمكن استخدامها كألوان أولية ما دامت متعامدة بعضها على بعض؛ بمعنى أن اللون الثالث لا يمكن تصنيعه من مزيج من اللونين الآخرين.

عادةً ما يُطلَب شرط ثالث يتمثَّل في ضرورة أن ينتج مزيج الألوان الثلاثة الأولية أوسع نطاقٍ، أو تنوعٍ، ممكن من الألوان. لكن هذا الشرط ذاتي إلى حدٍّ ما؛ لأن كل شخص له استجابة مختلفة قليلًا عمَّن سواه نحو الضوء. ومن ثم، لا يوجد من يحدِّد ثلاثة تردُّدات معيَّنة للضوء بوصفها المجموعة الثلاثية الفضلى من الألوان الأولية.

(١٥) ماسة مقطوعة ببراعة

سترى رُقَعًا بيضاوية من الضوء الملوَّن لها ألوان قوس قزح. هذه الألوان تظهر لأن الألوان الزرقاء تنفصل عن الألوان الحمراء بدرجة أكبر قليلًا عند كل سطح من الأسطح الأربعة على امتداد المسار. يكون مُعامل الانكسار مختلفًا بدرجة طفيفة على امتداد تردُّدات الطيف المرئي.

(١٦) إعادة تجميع الضوء الأبيض

تعمل العدسة المجمِّعة على النحو الأمثل إذا وُضعت بالقرب من الموشور الذي فصل طيف الضوء في البداية. بعد ذلك يمكن من أجل استقبال الصورة تحريك ورقة بيضاء حتى المسافة المناسبة لرؤية الضوء الأبيض وهو يعاد تجميعه من أشعة الضوء الملونة.

(١٧) موشورات

الجواب هو: لا؛ إذ لا يستطيع موشوران أن يعيدا تجميع طيف أشعة الضوء من موشور إلى الشعاع الأصلي الرفيع للضوء الأبيض. هذه الفكرة المغلوطة لا تزال موجودة إلى يومنا هذا في العديد من الكتب. وتجريبيًّا، سيحصل المرء من وراء هذا على أشعة متوازية من الألوان الموجودة في شعاع ملون عريض، لا على شعاع واحد رفيع من الضوء الأبيض. سنحتاج أربعة موشورات متماثلة من أجل إعادة تجميع الأشعة على صورة ضوء أبيض.

(١٨) تضييق العينين

ينجح تضييق العينين لأن العين — كالكاميرا ذات الثقب — سيكون لديها عمق لا نهائي للمجال؛ بمعنى أن الصورة ستكون في بؤرة التركيز عبر نطاق عريض من المسافة؛ وبذا سينجح تضييق العينين في تحسين كلٍّ من قِصَر النظر وطول النظر. بالأساس، في حالة قصر النظر فإن الأشعة الداخلة إلى العين بعيدًا عن المحور البصري المركزي لا تتركَّز على الشبكية؛ لذا سيعمل حجب هذه الأشعة على تحسين الصورة.

لكن النظارات ذات الثقوب الرفيعة لن تكون فكرة طيبة؛ لأن مجال الرؤية يكون ضيقًا للغاية. فالثقب الرفيع يبعد كثيرًا عن مُقلَة العين؛ ومن ثم تقلُّ شدة الضوء على نحو حادٍّ.

ومع ذلك، يمكننا تحسين الرؤية في حالة قصر النظر عن طريق استخدام ضوء أشد سطوعًا؛ بحيث تعمل شدة الضوء على تمكين بؤبؤ العين من أن يضيق كي يحجب الأشعة البعيدة عن المحور البصري.

(١٩) نظارات شمسية مستقطَبة

من خلال العدسة اليسرى، ستبدو الأجسام طبيعية، مع وهج أقل من الأسطح الأفقية. لكن من العدسة اليمنى الموجَّهة على نحو خاطئ فإن العديد من الأجسام البعيدة ستبدو «قريبة للغاية» ومُعتِمة بدرجة ما. لقد فسَّر المخ الأجسام البعيدة على أنها قريبة للغاية للناظر، على الجانب الأيمن من الأنف؛ لأن الأجسام كانت ساطعة للغاية!

بالمناسبة، النظارات المستقطَبة المجسِّمة الخاصة بمشاهدة الأفلام أو الشرائح تتعامد اتجاهات استقطاب عدستَيْها بعضها على بعض، وعادةً ما يكون هذا بزاوية ±٤٥ درجة. توظِّف أنواع أخرى من النظارات تقنية «مصراع الكاميرا» التي فيها تتعرَّض عين واحدة من العينين للضوء القادم من الشاشة في الأوقات المناسبة.

(٢٠) حدَّة الإبصار

تمتلك العين البشرية ثلاثة أنواع من المستشعرات المخروطية للضوء المرئي: حمراء وخضراء وزرقاء. إذا كانت الكثافة السطحية للمخاريط الزرقاء تعادل الكثافة السطحية للمخاريط الخضراء أو تقل عنها، فحينها سيتحدَّد الفصل الزاوي بواسطة هذه الكثافة السطحية وليس معيار الطول الموجي. فالعين البشرية لا تمتلك كثافة سطحية كبيرة بما يكفي من المخاريط الزرقاء.

أيضًا تعتمد حدة الإبصار على شدة الضوء؛ لأن بؤبؤ العين يضيق عند التعرُّض للضوء الساطع، متخلِّصًا من تلك الأشعة التي تدخل على مبعدة من المحور البصري.

(٢١) نقاط ليزرية

النمط الحُبيبي الذي يُرى في أشعة الليزر المنعكسة يسمَّى «النقاط»، وهو تأثير يتسبَّب به التداخل بين الأشعة المختلفة لضوء الليزر التي تتشتَّت إلى عينيك وتقطع مسافات متباينة. وإذا حرَّكت رأسك نحو أحد الجانبين ورأيت نمط النقاط يتحرَّك في الاتجاه المعاكس، تكون من قصار النظر. فهنا أنت تركِّز عينيك أمام السطح الحقيقي، الذي يبدو وقتها وكأنه يتحرَّك في الاتجاه المعاكس لحركة رأسك. أما الأشخاص طوال النظر فيرون النقاط تتحرَّك في نفس اتجاه حركة رءوسهم.

(٢٢) المُرَشِّح الأحمر

(٢٣) صور حمراء وزرقاء

كلَّا. فالصورتان الحمراء والزرقاء للجسم عينه لهما حجمان مختلفان؛ لأن الضوء الأزرق ينكسر بواسطة العين عبر زاوية أكبر قليلًا. وإذا كانت الصورة الزرقاء في بؤرة التركيز على الشبكية، فستتركز الصورة الحمراء خلف الشبكية بقليل؛ ومن ثم تظهر الصورة الحمراء أكبر قليلًا، وربما غائمة قليلًا.

(٢٤) الألوان في الضوء المحيط

في أغلب الحالات، تبدو ألوان ملابسك واحدة؛ سواء أنظرت إليها وأنت داخل الغرفة أم بالخارج في ضوء الشمس، حتى إن كان الضوء المحيط مختلفًا على نحو جذري! يبدو أن منظومة العين/المخ تتخلَّص من اختلافات الضوء المحيط، بحيث تبدو الألوان متماثلة تقريبًا. ولا تزال الآلية الفسيولوجية المسئولة عن تحقيق هذا التأثير محلَّ دراسة.

(٢٥) الرؤية حول الزوايا

عملية تكوين الصورة مهمة للغاية من أجل الرؤية، لكن ليس لها أهمية في حالة السمع. فالسمع يتضمَّن منظومة رصد صغيرة مقارنةً بالطول الموجي للصوت. ومن هنا يعتمد السمع على التفاوت الزمني لا على شكل مقدِّمات الموجات.

لكن الرؤية أكثر تعقيدًا من هذا؛ لأنها تتطلَّب عملية تكوين الصورة. والصور تعتمد على العلاقات الطورية لأشعة الضوء المتجاورة. وأشعة الضوء المنكسرة أو المشتَّتة إلى الشكل الهندسي للزاوية لم تعُدْ تملك العلاقات الطورية الأصلية. فبينما تنكسر أشعة الضوء على الزاوية فإنها تغيِّر اتجاهاتها وأطوارها النسبية. وفي المتوسط، تُلغي أشعةُ الضوء بعضُها بعضًا، بحيث لا يصير الجسم مرئيًّا. على النقيض من ذلك، تحافظ المرآة المستوية الموضوعة كي تعكس الضوء حول الزاوية على كلٍّ من اتجاهات الأشعة المتوازية وأطوارها المناسبة.

(٢٦) تأثير مجسم

يظهر التأثير المجسم؛ لأن كل عين بمفردها ترى نمطًا مختلفًا اختلافًا طفيفًا من ومضات الضوء المنعكس. وهندسة رؤيتنا ثُنائية العين تكشف فقط الموضع الذي ينبغي أن تظهر فيه كل صورة في الفضاء. وبالمثل في حالة علامات القطع الموجودة على لوح الألمونيوم، تظهر العديد من هذه العلامات وكأنها تطفو فوق المعدن الفعلي. مثل هذه التأثيرات يمكن أن تكون مذهلة. ويمكن لصورة مجسَّمة مصنوعة من صورتين للمشهد عينه ملتقَطَتين بزاويتين مختلفتين اختلافًا طفيفًا أن تنتج صورًا ثلاثية الأبعاد عند النظر إليها على النحو الملائم، وهذا التأثير مرتبط برؤية الومضات.

(٢٧) لون العين

يتراوح لون العين من الأزرق الخفيف إلى البُنِّي الداكن، لكن اللون قد يختلف من عين إلى أخرى، بل وداخل القزحية ذاتها. يتحدَّد لون العين كليةً بواسطة تركيزات الخلايا الصبغية المتماثلة التي تسمَّى الخلايا الميلانينية؛ وكلها تحتوي على الصبغة عينها — الميلانين — بغضِّ النظر عن لون العين!

ينعكس الضوء من على مؤخرة القزحية، وكلما زاد تركيز الخلايا الميلانينية هناك، صار اللون أكثر عتامةً وعمقًا. درجتا اللون الخضراء والزرقاء تشيران إلى وجود توزيع متفرِّق للخلايا الميلانينية. العيون البنية تتطلَّب أن تكون الخلايا الميلانينية موجودة كذلك في مقدمة القزحية. الأطفال حديثو الولادة لم تتكوَّن لديهم بَعْدُ خلايا ميلانينية في مقدِّمة قزحياتهم، لكن في غضون بضعة أشهر تنتقل بعض الخلايا إلى هناك.

الشخص الأمهق يفتقر تمامًا إلى الصبغات، وتبدو عينا هذا الشخص ورديةً بسبب انعكاس الضوء من على الأوعية الدموية الموجودة في الشبكية.

(٢٨) ملابس معدنية

أغلب الطاقة الحرارية الصادرة عن قطعة ساخنة لدرجة الاحمرار من المعدن ينتقل إليك عن طريق الأشعة تحت الحمراء؛ وهي طاقة كهرومغناطيسية ذات تردُّد يقلُّ قليلًا عن الجزء الأحمر من الطَّيف المرئي. والمعادن عواكس ممتازة للإشعاع الكهرومغناطيسي؛ لذا يوفِّر الطلاء المعدني للملابس درعًا فعالة ضد الأشعة تحت الحمراء التي تطلقها قطعة المعدن الساخنة.

توظِّف البطانية الحرارية الموجودة في أطقم أدوات الطوارئ القدرةَ العالية على عكس الأشعة تحت الحمراء الخاصة بطبقة معدنية رفيعة من أجل عكس الأشعة تحت الحمراء نحو الجسم البشري. وعند لفِّ البطانية حول الشخص فإن هذا المزيج للطبقة المعدنية الموضوعة على ملاءة بلاستيكية يحفظ طبقة الهواء الصغيرة الموجودة بين الجسم والبطانية دافئة للغاية حتى لو كانت درجات الحرارة المحيطة باردة لدرجة التجمد.

(٢٩) السماء ينبغي أن تكون بنفسجية^*

من شأن السماء أن تكون بنفسجية بدلًا من زرقاء لو كان تشتُّت رايلي هو العامل الوحيد ذا الأهمية في الأمر. إن ضوء الشمس الواصل إلى الغلاف الجوي ليس له الشدة عينها لكل الألوان، وبدلًا من هذا فإن ذروة شدة ضوء الشمس تقع في نطاق درجات الضوء الأخضر التي تتوافق مع درجة الحرارة البالغة ٦٠٠٠ درجة كلفنية عند سطح الشمس. ومن ثم فإن الشدة الإجمالية للضوء البنفسجي في الطيف الشمسي تقلُّ عن الشدة الإجمالية للضوء الأزرق، ويهيمن الضوء الأزرق على تشتُّت رايلي في السماء.

كتأثير إضافي، أعيننا أقل حساسية تجاه درجات الضوء البنفسجي مقارنةً بدرجات الضوء الأزرق؛ لذا تتعزَّز الهيمنة المذكورة عالِيه من جانب استجابتنا الفسيولوجية.

(٣٠) راديومتر كروك ١^*

خضع راديومتر كروك للبحث للمرة الأولى عام ١٨٧٤م، ومنذ ذلك الوقت وهو يثير الجدل. وما يجعل هذا الجهاز أكثر إثارةً للذهول في البداية هو أنه يُمْكِننا فعليًّا أن نُزيل كل أسطح الريشات داخل محيط الجهاز، بحيث نترك فقط الحواف الشبيهة بالأسلاك وسيظل الجهاز صالحًا للعمل بنفس كفاءته السابقة! وقد بيَّنت التجارب التي أُجرِيت في عشرينيات القرن العشرين أن قوة الراديومتر تقع عند حواف الريشات.

عندما يكون هناك فراغ شبه تام بالداخل، تتحرَّك الريشات بحيث تبتعد الجوانب المفضَّضة عن مصدر الضوء كما هو متوقَّع. لكن أغلب الراديومترات يحتوي على هواء في ضغط منخفض، يبلغ نحو ٠٫١ ملِّيمتر من الزئبق؛ لذا يجب أن تلعب جزيئات الهواء دورًا في جعل الراديومتر يدور بحيث تبتعد الجوانب السوداء عن مصدر الضوء. نحن نحتاج إلى تدبُّر التأثيرات الواقعة على حواف الريشة فقط؛ لأن القوى المؤثِّرة على المساحة السطحية الواسعة على كلا الجانبين يُلغي بعضها بعضًا. ستكون الجوانب السوداء على الحافة أدفأ قليلًا من الجوانب المفضَّضة على الحافة. هَبْ أن جزيئًا من جزيئات الهواء يقترب من الحافة السوداء داخل مسافة المسار الحر المتوسطة، البالغة نحو ٠٫٦ ملِّيمتر. هذا الجزيء سوف يصطدم بجزيء آخر مرتد عن حافة الريشة وبالجزيئات المارة بحافة الريشة من الجانب البارد. لكن هذه الجزيئات الأخيرة أقل نشاطًا، وقدرتها على دَفْع جزيء الهواء القادم نحوها أقل كفاءة. ومن ثم ستعاني الحافة السوداء من اصطدامات أكثر لكل وحدة مساحة في الثانية مقارنةً بالحافة المفضَّضة. وهذا الفائض هو المسئول عن دفع الريشات في الاتجاه المعاكس في مواجهة القوة الناتجة عن تأثيرات تبادل زخم الفوتونات.

(٣١) راديومتر كروك ٢^*

يمكن جعل الريشات تدور على نحو معاكس عن طريق تبريد الراديومتر في ثلاجة أو عن طريق تسخين الراديومتر أولًا حتى درجة حرارة تفوق درجة حرارة الغرفة ثم تَرْكه يبرد. كِلَا الإجراءين من المؤكَّد أن يجعلا الجانب الأسود أبرد قليلًا من الجانب المفضَّض، وهي حالة معاكِسة للعملية الطبيعية التي تجري في حرارة الغرفة (انظر السؤال السابق لمزيد من التفاصيل).

(٣٢) الانبعاث الجزئي للضوء^*

في حالة الشريط اللاصق الذي يُنزَع من على الزجاج، توجد جسيمات مشحونة كهربيًّا على امتداد الخط الفاصل بين الشريط والزجاج. وحين تتكوَّن الفجوة الصغيرة في البداية، يكون فرق الجهد الكهربي لكل سنتيمتر عبر الفجوة من الكِبَر بما يكفي بحيث يفتِّت الهواء، وتنطلق شرارة عبر الفجوة. ويحدث تأثير مشابه عند كسر أنواع معينة من رقائق الحلوى.

(٣٣) انعكاس مرآة مثالي^*

يمكن لطبقات متبادلة من المواد المعدنية والمواد العازلة كهربيًّا أن تُنتِج مرآة قادرة على أن تعكس على نحو شبه تام كل الضوء الساقط عليها بأي زاوية وأي تردُّد! وعن طريق المزج بين أفضل المرايا المعدنية والمرايا المصنوعة من مواد عازلة كهربيًّا تَحَقَّق بالفعل هذا الإنجاز المتمثِّل في تصنيع المرآة المثالية للمرة الأولى عام ١٩٩٨م.