الفصل الثاني

عالمٌ من الألوان

نحن نرى العالم بواسطة الضوء الذي يدخل أعيننا ويحفِّز أعصابنا، التي تبعث رسائل إلى أمخاخنا. ونحن نميل إلى تصديق كل ما نراه. وفي الواقع، يوجد القول المأثور «الرؤية خير برهان» على الأرجح في كل اللغات والحضارات الموجودة على الأرض. ومع ذلك، ما برحت الخبرات الحياتية والمُعَدَّات البصرية تكشف لنا على مدار مئات الأعوام عكس ذلك تمامًا؛ أنه من السهل تمامًا خداع منظومة العين/المخ. ويكفيك فقط أن تشاهد فيلمًا من أفلام الغرب الأمريكي القديمة وترى عجلات العربات وهي تدور في الاتجاه المعاكس كي تبدأ في إدراك مدى قصور الرؤية لدينا. لكن هناك أيضًا تأثيرات أكثر تعقيدًا ينبغي تدبُّرها؛ مثل الصور الطافية والأفيال المختفية.

(١) زاوية من مرآتين

ضع مرآتين مستويتين بحيث تكوِّنان زاوية قائمة فيما بينهما. صِفِ الصورة التي ستبدو بها حين تنظر إلى خط الزاوية المتكوِّنة بواسطة هاتين المرآتين. أين يدك اليسرى؟

تمهلي! أي ضوء هذا الذي يشع من نافذتك؟

ويليام شكسبير

(٢) الفيل المختفي

يُرِي ساحرٌ جمهوره فيلًا على خشبة المسرح موضوعًا داخل قفص كبير له قضبان رأسية وسقف. وما إن يعطِ الساحر إشارته حتى يختفي الفيل. ما العملية الفيزيائية التي تفسِّر الأمر؟ (تلميح: سيحتاج المرء إلى مرآتين مستويتين كبيرتين.)

ثمة مفارقة تكتنف المنهج العلمي؛ فالباحث يفكِّر عادةً ويعمل كما الفنان، لكن عليه أن يتحدَّث مثل كاتب الحسابات، بالحقائق والأرقام وتتابعات الأفكار المنطقية.

إتش دي سميث

(٣) الصورة الطافية

كل شخص تقريبًا رأى «صحن السراب» المصنوع من مرآتين مقعَّرتين متقابلتين، مع وجود فتحة في مركز المرآة العلوية. تظهر صورة عملة معدنية أو لُعبة صغيرة موضوعة بالداخل على أنها تطفو فوق الفتحة. كم عدد الانعكاسات المطلوبة لإنتاج الصورة الطافية؟ وهل هذه الصورة حقيقية أم افتراضية؟

(٤) إضاءة صورة

سلِّط شعاع ضوء من مصباح يدوي على الصورة المنتَجة بواسطة «صحن السراب» (انظر السؤال السابق)، الذي به مرآتان مقعَّرتان متقابلتان، وتظهر الصورة طافية فوق الفتحة المركزية للمرآة العلوية. هل ستُضاء الصورة بواسطة شعاع المصباح اليدوي؟

قُطر الشمس أكبر من قُطر القمر ٤٠٠ مرة، وهي تبعد عنَّا بنحو ٤٠٠ مرة قدر ابتعاد القمر عنَّا. ولولا هذه المصادفة المذهلة، لم يكن للكسوف الشمسي أن يحدث.

(٥) التواصل بشعاع الليزر

أنت ترى محطة فضائية موجودة فوق الغلاف الجوي وفوق الأفق تمامًا، وترغب في التواصل مع المحطة الفضائية عن طريق إرسال شعاع من الليزر إليها. هل عليك أن تصوِّب شعاع الليزر (أ) فوق المحطة بقليل، أم (ب) تحت المحطة بقليل، أم (ﺟ) مباشرة على امتداد خط الرؤية إلى المحطة؟

(٦) العصا المنثنية

شغِّل مصباحًا يدويًّا وسلِّط ضوءه على حوض زجاجي مليء بالماء. سترى أن شعاع الضوء يغير اتجاهه بزاوية حادة «لأسفل» عند نقطة دخوله الماء. بعد ذلك ضَعْ عصًا مستقيمة داخل الماء بزاوية مائلة. سيبدو أن الجزء الموجود من العصا داخل الماء يغيِّر اتجاهه بزاوية حادة «لأعلى». لِمَ هذا التناقض؟

(٧) الثقب الصغير

هل بمقدور المرء أن يستخدم ثقبًا صغيرًا كي يقيس قُطر الشمس؟

إن مقدار التكيُّف المطلوب من العين عند تحرُّك الجسم المرئي من مسافة لا نهائية حتى مسافة قدرها متر واحد فقط صغير للغاية، فكلُّ ما يتطلَّبه الأمر ترحيل الصورة للأمام بمقدا ٠٫٠٦ ملِّيمتر. وعلى النقيض من ذلك، فإن تحريك الجسم من مسافة متر واحد إلى ١ / ٨ من المتر يتطلَّب قدرًا من التكيُّف يكفي لترحيل الصورة بمقدار ٣٫٥١ ملِّيمترات إضافية من أجل الإبقاء عليها في شبكية العين. فقراءة هذه الفقرة تتطلَّب جهدًا جهيدًا. ودراسة الأشياء القريبة للغاية لفترة طويلة هي إحدى مسبِّبات إجهاد العين؛ إذ يبدو أننا صُمِّمنا للنظر إلى الأشياء ومشاهدتها من بعيد وحسب.

يوجين هيشت

(٨) النافذة

عندما تنظر من الخارج إلى نافذة مفتوحة أثناء النهار، ستبدو النافذة مظلمة. لماذا؟

العلم دون الدين أعرج، والدين دون العلم أعمى.

ألبرت أينشتاين

(٩) غطاء النافذة

من شأن وضع غطاء بلاستيكي مطلي بأكسيد معدني على لوح النافذة الزجاجي من الداخل بهدف تقليل الضوء الداخل إلى الحجرة؛ أن يجعل الحجرة أقل حرارةً في الصيف. هل عليك أن تزيل هذا الغطاء في الشتاء؟

الأجرام السماوية تبدو أعلى قليلًا فوق الأفق مما هي عليه في الواقع، وهذه الإزاحة تزداد كلما اقتربت هذه الأجرام من الأفق. وهذا يفسِّر تسطُّح قرص الشمس عند الأفق. ففي وقت الغروب تبدو الحافة السفلية لقرص الشمس، في المتوسط، أعلى ﺑ ٣٥ دقيقة قوسية عما هي عليه في الواقع، لكن الحافة العلوية تبدو أعلى ﺑ ٢٩ دقيقة قوسية فقط. ومن ثم يبلغ مقدار التسطُّح ٦ درجات قوسية، أو حوالي ١ / ٥ قُطر الشمس.

(١٠) قوس قُزَح

من أولى خطوات تفسير قوس قُزَح دراسة تشتُّت الضوء داخل قطرة المطر. يُظهِر الشكل أن شعاع الضوء الداخل في قطرة مطر كروية عند النقطة (أ) يمر بانعكاس داخلي كامل عند النقطة (ب)، ثم يغادر القَطْرة من النقطة (ﺟ). في كلتا النقطتين (أ) و(ﺟ) هناك سطح واصل بين الماء والهواء تحدُث عنده عملية الانكسار من أجل تغيير اتجاه الضوء. وينقسم الضوء الخارج من النقطة (ﺟ) إلى كل الألوان المكوِّنة لِلطَّيْف المرئي، وهو ما يُنتِج قوس قُزَح.

ومع ذلك، يمكننا أن نبيِّن أن شعاع الضوء الذي مرَّ بانعكاس داخلي كامل مرة واحدة داخل القَطْرة لن يخرج مطلقًا من القطرة (أي إنه سيحدُث انعكاس داخلي كامل آخر عند النقطة (ﺟ)، وهكذا دوالَيْك). كيف يمكن حلُّ هذه المشكلة كي يَنتُج لنا قوس قُزَح؟

(١١) لغز بصري

إذا ثنيتَ قطعة رقيقة معدنية مستطيلة على شكل قوس، بالتوازي مع البُعد الطولي للقطعة المستطيلة، ونظرتَ إلى انعكاسك في السطح المقعَّر لهذا القوس، فستبدو الصورة مقلوبة. الآن أَدِر القطعة ببطء بمقدار ٩٠ درجة حول خط الرؤية بحيث يصير البُعد الطولي أفقيًّا. ما الذي تراه؟

الفيزياء صورة من صور البصيرة مثلما هي صورة من صور الفن.

ديفيد بوم

(١٢) مرآة الرؤية الخلفية

عندما تحرِّك الرافعة الصغيرة الموجودة في مرآة الرؤية الخلفية في سيارتك من أجل إمالة المرآة لتصبح في وضع الرؤية الليلية، لماذا لا تغير هذه الحركة اتجاه الرؤية مثلما تغير شدة وضوح الصورة؟

في المعتاد، تنخفض درجة الحرارة بمقدار درجة واحدة فهرنهايتية مع كل ارتفاع بمقدار ٣٠٠ قدم. نتيجة لذلك، تبدو الأجسام البعيدة أدنى مما ستكون عليه في حالة غياب هذا التدرُّج في درجة الحرارة. وإذا ارتفعت درجة الحرارة بدلًا من أن تنخفض، كما هو شائع في القطب الشمالي، فسينحني الضوء على نحو مختلف ونرى عالمًا مختلفًا للغاية. فالأجسام البعيدة تبدو مرتفعة، وهو ما يجلب الأجسام غير المرئية في المعتاد إلى نطاق الرؤية.

(١٣) ألوان

يبدو القميص الأخضر باللون الأخضر لأن الضوء الأخضر يتم تشتيته انتقائيًّا من جانب القميص نحو أعيننا. هل هذا صحيح أم خطأ؟

سيَثبُت أن الأشعة السينية محض خداع.

لورد كلفن

(١٤) الألوان الأوَّلية

الألوان الأوَّلية الوحيدة للضوء هي الأحمر والأخضر والأزرق. هل هذا صحيح أم خطأ؟

تورية ثلاثية

اشترى ثلاثة أشقَّاء مزرعة ماشية وسمَّوها بالإنجليزية Focus (وتعني بالعربية البؤرة)، وحين سألهم والدهم لماذا اختاروا هذا الاسم، ردوا عليه بقولهم: «لأنه المكان الذي يربِّي فيه الأبناء الماشية من أجل لحومها.» (وفي هذا تورية بالإنجليزية لأن العبارة الأصلية where the sons raise meat عند نطقها يمكن أيضًا أن تُسمع على النحو التالي where the sun rays meet بمعنى: المكان الذي تتجمع فيه أشعة الشمس، ومن هنا جاءت تسميتهم للمزرعة باسم «البؤرة».)
بروفيسور دبليو بي بيتنبول (أسهم بها ألبرت إيه بارتليت)

(١٥) ماسة مقطوعة ببراعة

يدخل الضوء الأبيض من أحد جوانب ماسة مقطوعة ببراعة بزاوية تزيد بعدة درجات عن زاوية الدخول الطبيعية. وبعد أن ينعكس الضوء مرتين من مؤخرة الماسة، يخرج شعاع الضوء عبر جانب آخر مشابه نحو أعيننا. ما الذي سنراه؟

(١٦) إعادة تجميع الضوء الأبيض

عام ١٦٦٥م، قبل أن يبدأ نيوتن دراسته للموشورات بحوالي عام، كان فرانشيسكو جريمالدي أول من أفاد بأنه يمكننا استخدام عدسة في إعادة توحيد الألوان التي فصلها الموشور لطَيْف ضوء الشمس من أجل إنتاج ضوء أبيض. ما العملية الهندسية المطلوبة لتحقيق هذا الأمر؟

استخدِم الضوء الذي بداخلك كي تستعيد صفاء بصرك وبصيرتك.

لاو تزو

(١٧) موشورات

يمرُّ شعاع رفيع من الضوء عبر موشور زجاجي يشتِّت الضوء إلى الألوان المكوِّنة له. هل يمكن إعادة تجميع أشعة الألوان هذه على صورة ضوء أبيض عن طريق تمريرها عبر موشور مماثل معكوس؟

(١٨) تضييق العينين

لماذا يساعد تضييق العينين الأشخاص قصار النظر على الرؤية بوضوح أكبر؟ ولماذا لا نملك نظارات بها ثقوب رفيعة من أجل تحسين الرؤية لدى قصار النظر؟

أكثر الصفات التي يتسم بها العالم استعصاءً على الفهم أنه كله قابل تمامًا للفهم.

ألبرت أينشتاين

(١٩) نظارات شمسية مستقطَبة

النظارات الشمسية المستقطَبة مصمَّمة بحيث تنقل فقط الضوء المستقطَب أفقيًّا. وسبب هذا الاتجاه الرأسي هو أن أغلب الأضواء الساطعة المنعكسة (أشعة الضوء المنعكسة تكون موازية بعضها لبعض) من الأجسام الأفقية تكون مستقطَبة أفقيًّا. وبهذا تقلِّل هذه النظَّارات من وهج الانعكاسات الآتية من الماء والأرض والأسفلت وما إلى ذلك. بفرض أن العدسة اليمنى موجَّهة على نحو خاطئ بانحراف قدره ٣٠ درجة عن الرأسي، فما الذي ستراه؟

من الخطأ الاعتقاد بأن مهمة الفيزياء هي معرفة الكيفية التي عليها الطبيعة؛ فالفيزياء مَعنيَّة بما نقوله عن الطبيعة.

نيلز بور

(٢٠) حدة الإبصار

تخبرنا نظريةُ الحيود بأن حدة الإبصار الخاصة بالعين البشرية ينبغي أن تزيد بالتناسب عكسيًّا مع الطول الموجي؛ بمعنى أن زاوية الفصل المحدِّدة ينبغي أن تكون أقل (أفضل) في حالة درجات اللون الأزرق مقارنةً بدرجات اللون الأحمر. لكن العين البشرية تتسم في الواقع بذِرْوة حدة الإبصار عند درجة اللون الأخضر على طول موجي قدره ٥٧٦ نانومترًا. ما سبب هذا التناقض؟

(٢١) نقاط ليزرية

انعكاس ضوء الليزر عن أي جسم يبدو كما لو أنك ترى نقطة الليزر من خلال قطعة قماش نايلون مشدودة. كيف تفسِّر هذا؟ كذلك فإنك عندما تحرِّك رأسك إلى أي الجانبين، يتحرك تأثير النايلون في الاتجاه المعاكس!

(٢٢) المرشح الأحمر

اكتب الحرف R بلون أحمر والحرف B بلون أزرق على ورقة بيضاء باستخدام قلم تلوين. الآن انظر إلى هذين الحرفين عبر مرشِّح أحمر اللون؛ أي مادة تمرِّر فقط اللون الأحمر. حينها لا ترى الحرف R. فلماذا؟

عقابًا لي على ازدرائي للسلطة، جعل القدر مني أنا نفسي سلطة.

ألبرت أينشتاين

(٢٣) صور حمراء وزرقاء

هل تكوِّن صورتان، إحداهما حمراء والأخرى زرقاء، منطبعتان على الشبكية في الوقت عينه شكلين لهما الحجم عينه؟

حوالي ٢ إلى ٥ بالمائة فقط من طاقة مصباح الإضاءة المتوهج يُشَع على صورة ضوء مرئي.

(٢٤) الألوان في الضوء المحيط

وأنت في غرفة مضاءة بواسطة أضواء اصطناعية من مصابيح كهربائية و/أو فلوروسنت، انظر إلى ألوان ملابسك. بعد ذلك امشِ إلى الخارج نحو ضوء الشمس أو الظل وانظر إلى ملابسك؛ ما الذي ستراه؟ ولماذا؟

أسمع فأنسى،

أرى فأتذكر،

أفعلُ فأفهم.

مَثَل صيني

(٢٥) الرؤية حول الزوايا

لِمَ يمكننا أن نسمع الصوت من وراء زاوية، ولا يمكننا رؤية ما يوجد هناك؟

اكتُشف الديوتيريوم عام ١٩٣٢م وأُطلق على نواته في البداية اسم الديوتون deuton. وثمة قصة، مشكوك في صحتها، تقول إن إرنست رذرفورد اعترض على اسم الديوتون؛ إذ لم يعجبه وَقْع الاسم. وقد اقترح بدلًا من ذلك أنه إذا تم إدخال الحرفين الأوَّلين من اسمه بالإنجليزية، E وR، فسيستقيم وَقْع الاسم؛ ومن هنا جاءت تسميه النواة بالاسم الديوترون deuteron.

(٢٦) تأثير مجسَّم

أشعة الضوء اللامعة التي تُومِض من بلَّورات الثلج يمكن أن تجعل هذه البلَّورات تبدو وكأنها موجودة في الفضاء الذي يعلو السطح الحقيقي. يمكنك رؤية هذا التأثير عينه من خلال النظر إلى سطح ألواح الألومنيوم المصنَّعة بالآلات، والتي تظهر بها آثار القَطْع على ارتفاع يزيد عن القدم على السطح! ما العمليات الفيزيائية المسئولة عن هذا؟

(٢٧) لون العين

لِمَ يملك معظم الأطفال المولودين حديثًا عيونًا زرقاء اللون؟ وما العملية الفيزيائية التي تمنح عيونهم ألوانها؟

لا أشك في أن الكون ليس أغرب مما نظن وحسب، بل إنه أغرب مما يمكننا أن نظن.

جون بي إس هالدان

(٢٨) ملابس معدنية

عادةً ما يرتدي العاملون في أفران المجمرة المكشوفة ملابس واقية مطلية من الخارج بطبقة معدنية رقيقة. بما أن المعدن موصِّل جيد للحرارة، فيبدو ارتداء هذه الملابس أمرًا مجافيًا للمنطق (ربما باستثناء الناحية الجمالية؛ إذ إن انعكاس الضوء على الملابس يمنحها مظهرًا مبهرًا). كيف تحمي الملابس المعدنية العمَّال من الحرارة؟

من الممكن أن نَصِف كل شيء علميًّا، بَيْد أن هذا سيكون أمرًا غير ذي معنًى؛ تمامًا مثل وصْفِنا إحدى سيمفونيات بيتهوفن بأنها تجميعة متنوِّعة من الضغوط الموجية.

ألبرت أينشتاين

(٢٩) السماء ينبغي أن تكون بنفسجية*

يقوم التفسير المعتاد لسبب زرقة لون السماء على مبدأ تشتُّت رايلي، الذي يقضي بأن الطرف الأزرق للطَّيف المرئي لضوء الشمس يتشتَّت بفعالية أكبر من الطرف الأحمر. في الواقع، يعادل تشتُّت رايلي هذا، المعروف أيضًا بالتشتت المترابط، القوة الرابعة لتردُّد الضوء؛ بحيث تتشتَّت درجات الضوء الأزرق بشدة تزيد ست عشرة مرة عن درجات الضوء الأحمر. ومع تشتُّت درجات الضوء الأزرق بهذه الفعالية في السماء بواسطة جزيئات الهواء، فإننا نرى السماء زرقاء والشمس مُخَضَّبة بالحمرة. لكن الضوء البنفسجي الواقع في أقصى طرف طيف الضوء المرئي له تردُّد أكبر من الضوء الأزرق. لماذا لا تبدو السماء بنفسجية إذن؟

الفيزياء مثلها مثل ممارسة الجنس

بالطبع قد ينتج عنها بعض النتائج العملية الملموسة، بيد أن هذا ليس السبب من وراء ممارستنا إياها.

ريتشارد فاينمان

(٣٠) راديومتر كروك ١*

يتكوَّن راديومتر من أربع ريشات تدور في حرية حول محور ارتكاز داخل جسم زجاجي منتفخ على شكل مصباح يحتوي على هواء في ضغط منخفض للغاية. لكل ريشة جانب أسود اللون يمتصُّ الضوء في يُسر، بينما الجانب الآخر مفضَّض ويعكس أغلب الضوء الساقط عليه. تدور الريشات حين تُضاء، مع تحرُّك الجوانب السوداء بعيدًا عن مصدر الضوء وتحرُّك الجوانب المفضَّضة نحوه. الجانب المفضَّض العاكس يكتسب من الزخم عند عكس الفوتون الواحد نحو ضعف ما يكتسبه الجانب الأسود من الزخم عند امتصاص الفوتون. لماذا؟ لأن الانعكاس يغيِّر اتجاه الزخم. فلماذا إذن لا يتحرَّك الراديومتر في الاتجاه المعاكس؟

لا وجود لما يسمَّى بالجهاز الذي لا يمكن للحمقى إساءة استخدامه؛ لأن الحمقى يتفنَّنون في هذا الأمر أيَّما تفنُّن.

مجهول

(٣١) راديومتر كروك ٢*

يتسبَّب الضوء الساقط على الراديومتر في جعل الريشات تدور إلى الأمام؛ بمعنى أن الجوانب السوداء تبتعد عن مصدر الضوء. هل من الممكن جعل الراديومتر يدور في الاتجاه المعاكس دون فتح الجسم الزجاجي؟

حين يحملق شخص متمتع بالصحة في السماء الزرقاء الصافية فإنه سيرى ما يبدو مثل مذنَّبات صغيرة تندفع عبر الهواء. لكن في الواقع هذه النجوم الصغيرة هي خلايا الدم البيضاء التي تمر عبر شبكية العين.

(٣٢) الانبعاث الجزئي للضوء*

انزع شريطًا لاصقًا من على سطح زجاجي في الظلام، وإذا كانت عيناك معتادتين على الرؤية في الظلام فسترى وهجًا من ضوء أزرق باهت على امتداد الخط الفاصل بين الشريط والسطح الزجاجي. وبفعل الظاهرة الفيزيائية عينها، بعض رقائق الحلوى ستُطلِق عند كسرها في الظلام ومضةً من الضوء. ما العملية الفيزيائية التي تفسِّر الأمر؟

كل الأشياء مصطنعة؛ إذ إن الطبيعة ذاتها صنيعة يد الله.

سير توماس براون

(٣٣) انعكاس مرآة مثالي*

من شأن المرآة المثالية أن تعكس الضوء الساقط عليها من كل الزوايا والاستقطابات؛ بحيث تذهب الطاقة كلها داخل الشعاع المنعكس. هل يمكن لمثل هذه المرآة أن توجد؟ (تلميح: تعكس المرآة المعدنية الضوءَ الساقط عليها في كل الاتجاهات، بيد أنها تمتص بعضًا من الضوء الساقط عليها. أما المرآة العازلة كهربيًّا المصنوعة من طبقات متعدِّدة من المواد الشفَّافة العازلة كهربيًّا فتعكس الضوء بدرجة عالية للغاية، لكنها تصلح مع عدد محدود من الترددات، وداخل نطاق ضيِّق للغاية من الزوايا.)

ما يثير اهتمامي حقًّا هو ما إذا كان للإله أي خيار بشأن خلق هذا العالم.

ألبرت أينشتاين

جميع الحقوق محفوظة لمؤسسة هنداوي © ٢٠٢٠