Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

هل الضوء جزيء أم موجة؟ - كولم كيليهير

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

المترجم: Mahmoud Aghiorly المدقّق: khalid marbou

You look down and see a yellow pencil lying on your desk.

عندما تنظر إلى قلم رصاص أصفر متموضع على مكتبك

Your eyes, and then your brain, are collecting

فإن عينيك و دماغ يقومان بتجميع

all sorts of information about the pencil:

جميع أنواع المعلومات عن قلم الرصاص ذاك :

its size,

color,

من مثل حجمه،

لونه ،

shape,

distance,

شكله ،

المسافة بينه و بينك ،

and more.

وأكثر من ذلك .

But, how exactly does this happen?

ولكن، كيف يحدث هذا بالضبط؟

The ancient Greeks were the first

الإغريق كانوا أول

to think more or less scientifically

من فكر بصورة علمية أو غير علمية

about what light is and how vision works.

حول الضوء وماهيته وكيف يؤثر على آلية الرؤية.

Some Greek philosophers,

بعض الفلاسفة اليونانيين،

including Plato and Pythagoras,

بمن في ذلك أفلاطون وفيثاغورس،

thought that light originated in our eyes

إعتقدوا أن الضوء ينبع في الاساس من الأعين

and that vision happened when little, invisible probes

والرؤية تحدث حين تُرسل جزيئات غير مرئية من الأعين

were sent to gather information about far-away objects.

لجمع المعلومات حول الأجسام البعيدة.

It took over a thousand years

و استغرق تغير ذلك المفهوم أكثر من ألف سنة

before the Arab scientist, Alhazen,

لحين ظهور العالم العربي، ابن الهيثم،

figured out that the old, Greek theory of light couldn't be right.

الذي دحض نظرية الضوء اليونانية القديمة والتي من وجهة نظره منافية تماما للمنطق

In Alhazen's picture, your eyes don't send out

بحسب رؤية ابن الهيثم، فالأعين لا ترسل

invisible, intelligence-gathering probes,

جزيئات غير مرئية، تقوم بجمع المعلومات الاستخبارتية،

they simply collect the light that falls into them.

إنها ببساطة تجمع الضوء الذي يقع في مرماها.

Alhazen's theory accounts for a fact

نظرية ابن الهيثم استطاعت في الحقيقة

that the Greek's couldn't easily explain:

تفسير ما لم تستطيع النظرية اليونانية تفسيره

why it gets dark sometimes.

وهو لماذا يظهر الظلام في بعض الأحيان.

The idea is that very few objects actually emit their own light.

وبحسب رؤية ابن الهيثم الصحيحة فإن نوعية الأجسام التي تبث الضوء قليلة جداً

The special, light-emitting objects,

وتلك الأجسام أجسام مميزة

like the sun

من مثل الشمس

or a lightbulb,

are known as sources of light.

أو المصباح،

وهي مصادر معروفة للضوء.

Most of the things we see,

معظم الأشياء التي نراها،

like that pencil on your desk,

مثل هذا القلم على مكتبك،

are simply reflecting light from a source

هي ببساطة أجسام تعكس الضوء من مصدر يشبه تلك المصادر السابقة

rather than producing their own.

عوضاً عن إنتاج الضوء الخاص بها

So, when you look at your pencil,

لذا، عندما تنظر إلى قلم الرصاص الخاص بك،

the light that hits your eye actually originated at the sun

فالضوء الذي تستقبله عينيك نشأ أساساً في الشمس

and has traveled millions of miles across empty space

وقد سافر ملايين الأميال عبر الفضاء

before bouncing off the pencil and into your eye,

قبل أن ينعكس من على قلم الرصاص لكي يصل إلى عينيك

which is pretty cool when you think about it.

وهي فكرة مثيرة إن تأملتها.

But, what exactly is the stuff that is emitted from the sun

ولكن، ما هي بالضبط الأشياء التي تنبعث من الشمس

and how do we see it?

وكيف نراها؟

Is it a particle, like atoms,

هل هي جسيمات، مثل الذرات،

or is it a wave, like ripples on the surface of a pond?

أم أنها موجة ، مثل التموجات على سطح بركة ؟

Scientists in the modern era would spend a couple of hundred years

العلماء في العصر الحديث استمروا لمئات السنين

figuring out the answer to this question.

في محاولة معرفة الإجابة على هذا السؤال.

Isaac Newton was one of the earliest.

وكان إسحاق نيوتن أحد أول الباحثين عن تلك الاجابة

Newton believed that light is made up

إعتقد نيوتن أن الضوء يتكون

of tiny, atom-like particles, which he called corpuscles.

من جزيئات صغيرة، مثل الذرة، كان يدعوها " كريات الضوء "

Using this assumption, he was able to explain some properties of light.

و باستخدام هذا الافتراض كان قادراً على شرح بعض خصائص الضوء.

For example, refraction,

مثل الانكسار على سبيل المثال

which is how a beam of light appears to bend

وهي النظرية التي تفسر سبب انحناء شعاع الضوء

as it passes from air into water.

عندما يمر من الهواء إلى الماء.

But, in science, even geniuses sometimes get things wrong.

ولكن، في العلم، حتى العباقرة يخطئون أحياناً

In the 19th century, long after Newton died,

ثم في القرن التاسع عشر، بعد فترة طويلة من وفاة "نيوتن"،

scientists did a series of experiments

أقام العلماء سلسلة من التجارب

that clearly showed that light can't be made up

التي أظهرت بوضوح أن الضوء لا يمكن أن يتكون

of tiny, atom-like particles.

من جزيئات صغيرة، مثل الذرة.

For one thing, two beams of light that cross paths

لسبب واحد محوري على الاقل وهو عندما تتقاطع حزمتا ضوء مع بعضهما البعض

don't interact with each other at all.

فتلك " الجزيئات الافتراضية " لا تتفاعل مع بعضها البعض على الإطلاق.

If light were made of tiny, solid balls,

و إذا كان الضوء مكونا في الأساس من كريات دقيقة وصلبة

then you would expect that some of the particles from Beam A

فمن المنطقي أن نتوقع أن بعض الجسيمات من الحزمة الضوئية أ

would crash into some of the particles from Beam B.

لا بد و أن ترتطم مع ببعض من الجزيئات من الحزمة الضوئية ب

If that happened, the two particles involved in the collision

وإذا حدث ذلك فان تلك الجزيئات التي شاركت في التصادم

would bounce off in random directions.

سوف ترتد في اتجاهات عشوائية.

But, that doesn't happen.

ولكن، هذا لا يحدث.

The beams of light pass right through each other

فالحزمة الضوئية من الطرف الأيمن تمر بسلاسة عبر الحزمة الضوئية من الطرف الأيسر

as you can check for yourself

يمكنك التحقق من ذلك بنفسك

with two laser pointers and some chalk dust.

عبر استخدام مؤشرات ليزر وبعض غبار الطباشير.

For another thing, light makes interference patterns.

و لسبب آخر أيضاً وهو أن الضوء يشكل أنماط تداخل

Interference patterns are the complicated undulations that happen

أنماط التداخل هي التموجات المعقدة التي تحدث

when two wave patterns occupy the same space.

عندما تشغل موجتان تملك كل منهما نمطا معينا نفس الحيز.

They can be seen when two objects

ويمكن أن نلمس هذا التداخل عندما نقوم برمي جسمين صلبين

disturb the surface of a still pond,

على سطح بركة ساكنة،

and also when two point-like sources of light

وأيضا عندما يتم وضع نقطتين من مصادر الضوء

are placed near each other.

بالقرب من بعضها البعض.

Only waves make interference patterns,

فالموجات فقط هي من تشكل أنماط التداخل

particles don't.

لا الجسيمات.

And, as a bonus, understanding that light acts like a wave

وتبعاً لذلك ونتيجة عنه، عندما توصل العلماء إلى أن الضوء يتصرف مثل الموجات

leads naturally to an explanation of what color is

استطاعوا بطبيعة الحال فهم ماهية الألوان

and why that pencil looks yellow.

والسبب الذي يجعل قلم رصاص يبدو أصفرا.

So, it's settled then, light is a wave, right?

إذاً لقد اتفقنا .. الضوء ينتمي للموجات أليس كذلك ؟

Not so fast!

ليس بهذه السرعة !

In the 20th century, scientists did experiments

في القرن العشرين، أجرى العلماء سلسلة من التجارب

that appear to show light acting like a particle.

أظهرت أن الضوء يمكن أن يتصرف مثل الجزيئات

For instance, when you shine light on a metal,

فعلى سبيل المثال، عند تسليط حزمة من الضوء على معدن معين،

the light transfers its energy to the atoms in the metal

فحزمة الضوء تلك تقوم بنقل الطاقة إلى الذرات في المعادن

in discrete packets called quanta.

في حزم منفصلة تسمى "كمّات" - كوانتا - .

But, we can't just forget about properties like interference, either.

ولكن لا يمكننا أن نتناسى خصائص التداخل كذلك.

So these quanta of light aren't at all like

لذلك هذه -الكمّات- من الضوء ليست على الإطلاق

the tiny, hard spheres Newton imagined.

تلك الجزيئات الصغيرة التي تحدث عنها نيوتن

This result, that light sometimes behaves like a particle

نتيجة لكل هذا يمكننا القول أن الضوء يتصرف في بعض الأحيان مثل الجسيمات

and sometimes behaves like a wave,

وفي بعض الأحيان يتصرف مثل الموجات

led to a revolutionary new physics theory called

وهذه المعضلة أدت إلى ظهور نظرية فيزياء ثورية جديدة تسمى

quantum mechanics.

ميكانيكا الكم.

So, after all that, let's go back to the question,

بعد كل هذا دعونا نعد مرة أخرى إلى السؤال الأهم

"What is light?"

"ما هو الضوء؟"

Well, light isn't really like anything

حسنا، الضوء شيء مميز ليس مثل أي شيء آخر

we're used to dealing with in our everyday lives.

اعتدنا على التعامل معه في حياتنا اليومية.

Sometimes it behaves like a particle

فهو في بعض الأحيان يسلك سلوك الجسيمات

and other times it behaves like a wave,

وفي بعض أخرى فإنه يسلك سلوك الموجات،

but it isn't exactly like either.

ولكنه ليس أشبه بأي منهما.