إن الأمواج الضوئية هنا قد عبرت الفتحة دونما عائق، وعكست شكل الفتحة المربع على الحائط، دونما حيود. ولكننا إذا استبدلنا الحاجز ذا الفتحة المربعة الواسعة بآخر ذي فتحة ضيقة لا تزيد فرجتها عن شق الموسى، وبذلك لا تسمح بمرور الموجة الضوئية، حصل لدينا الحيود، وتشكلت على الجدار بقعة ضوئية غير منتظمة تماما يتداخل عند حوافها النور والظل. وكما نلاحظ من الشكل أدناه، فإن هذه البقعة غير المنتظمة تعكس على الحائط شكل الشق الذي مرت عبره، كما كان حال البقعة المنتظمة الحواف التي عكست شكل الفتحة المربعة؛ لأن الضوء هنا قد حاد عند الشق، مكونا مويجات متتابعة جديدة ناشئة عن اصطدام الموجة بالشق دون أن تستطيع عبوره بسبب ضيقه بالنسبة لعرضها. استنادا إلى ظاهرة الحيود هذه، قام توماس يونغ بتجربته المعروفة في إثبات الطبيعة الموجية للضوء.

استخدم يونغ الشمس كمنبع ضوئي، فجعل ضوءها يمر في فتحة إلى حاجز صنع فيه ثقبين صغيرين جدا، متوضعين على خط عمودي، يمكن تغطية كل منهما بصفيحة معدنية. وراء الحاجز هنالك جدار يتلقى الضوء القادم من أحد الثقبين أو من كليهما، كما هو مبين في الشكل أدناه. سمح يونغ لنور الشمس أن يمر من أحد الثقبين وكان الآخر مغلقا، فوجد على الجدار بقعة ضوئية غير منتظمة تماما يتداخل عند حوافها النور والظل؛ لأن الضوء قد حاد عند الثقب، ثم سمح للضوء أن يمر عبر الثقبين معا فوجد على الجدار، بدلا من بقعتي ضوء تمثلان حيود الضوء عند الثقبين، عددا من المناطق المضيئة والمناطق المظلمة المتناوبة.

إن التفسير الوحيد لتكون هذه المناطق المتعاقبة من النور والظلمة على الجدار، يكمن في ظاهرة معروفة تماما في ميكانيك الموجة، وهي التداخل. ويمكن ملاحظة هذه الظاهرة إذا رمينا في حوض ماء ساكن حجرين في وقت واحد، وفي نقطتين متقاربتين عند ذلك تتشكل مجموعتان من الموجات تتوسعان باتجاه بعضهما إلى أن تتداخلا. نلاحظ في نقاط تقاطع الموجات تشكل ذرى عالية ووديان منخفضة. فالذروة العالية يشكلها التقاء قمتي موجتين، تتضافران لتشكلا ذروة عالية واحدة، أما الوادي الذي يناظرها فيشكله التقاء قمة موجة بقاع موجة أخرى، فتتفانى الموجتان، ويظهر الماء ساكنا عند التقائهما. وهذا بالضبط ما يحدث في تجربة توماس يونغ؛ فحيود الضوء عند الثقبين يؤدي إلى تشكيل مجموعتين من الأمواج، التي تقترب من بعضها ثم تتداخل، فيؤدي تداخلها إلى تكوين مناطق مضيئة تفصل بينها مناطق معتمة. فالمناطق المضيئة تشكلها ذرى موجات الضوء المتضافرة، التي يؤدي تطابقها إلى إضاءة نقطة السقوط بشدة على الحائط. أما المناطق المعتمة فيشكلها تفاني الموجات، عندما تكون إحدى الموجتين في قمتها والأخرى في حضيضها؛ أي إن الضوء لا بد أن يكون موجة؛ لأن الموجات وحدها هي التي تحدث نمط التداخل. وبذلك نكون قد حصلنا على «حقيقتين» حول طبيعة الضوء؛ فتجربة يونغ قد أثبتت بما لا يدع مكانا للشك أن الضوء هو طاقة متصلة يرتحل أثرها في موجات، أما تجربة أينشتاين، التي جرت بعد ذلك بمائة عام، فقد أثبتت بما لا يدع مكانا للشك أيضا بأن للضوء بنية حبيبية، تؤلفها الفوتونات التي تنتمي بشكل ما إلى زمرة الأجسام المادية، رغم عدم تمتعها بكتلة؛ أي إن الضوء هو موجة وجسيم في آن معا، وهما حقيقتان تنفي إحداهما الأخرى؛ لأن الأثر الطاقي شيء والجسيم شيء آخر. وهذه أول أعجوبة هزت أركان المنطق القديم والفيزياء التقليدية. ولكن الظاهرة الكمومية تخفي في جعبتها الكثير من الأعاجيب؛ فبعد اكتشاف أينشتاين للبنية الحبيبية للطاقة بعقدين من الزمان، أثبتت تجربة حاسمة أخرى أن المادة أيضا ذات طبيعة مزدوجة في بنيتها الأولية الدنيا، فالجسيمات الأولية المشكلة للمادة رغم تركيبها الحبيبي فإنها تتصرف كالأمواج أيضا.

في عام 1924م، ألقى فيزيائي فرنسي شاب قنبلة جديدة مزقت كل أمل باق بلقاء الفيزياء التقليدية بالفيزياء الجديدة؛ فلقد اقترح لوي دوبروي

L. Debroglie

بأن للمادة أيضا أمواجا مرافقة لها، ودعم مقولته هذه بحلول رياضية تعتمد معادلات بلانك وأينشتاين. وقد حددت حلوله الرياضية طول الموجات المرافقة للمادة، مثبتا أنه كلما ازداد عزم الجسيم (=

Momentum )

4

كلما قصرت الموجة المرافقة له. وبعد ذلك ببضعة أعوام قام ديفسون

C. Davisson

نامعلوم صفحہ