في هذه التجربة سوف نرى كيف نجعل الألوان تتوهج وتبعث الضوء إلى البيئة المحيطة، سوف نكشف العوامل التي يعتمد عليها هذا الوهج. من المستحسن الاستعانة بشخصٍ بالغ أثناء تطبيق التجربة.
المعدات
- أقلام طوش ملونة لوضع علامة "marker"، تعطي الألوان الصفراء والخضراء أفضل النتائج.
- كؤوس زجاجية شفافة.
- ماء.
- جهاز لقتل البعوض له أشعة فوق بنفسجية (UV).
مسار التجربة
يمكنكم مشاهدة مسار التجربة في الفيديو التالي:
ملاحظة: يجب الحرص على عدم رشّ الماء على قاتل البعوض!
الشرح
إن الضوء والألوان التي نستطيع أن نراها نحن البشر هي في الواقع شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي. لا يستطيع البشر أن يشاهدوا سوى مجموعة صغيرة جدًا من مجمل الإشعاعات الكهرومغناطيسية الموجودة. يتحرك الإشعاع الكهرومغناطيسي في الفضاء كالموجة، ونحن قادرون فقط على تمييز بعض الترددات (أي عدد مرات ذروة الموجة في الثانية).
يوجد حولنا إشعاع كهرومغناطيسي في العديد من الترددات، بما في ذلك الإشعاع الراديوي، إشعاع الميكروويف، الأشعة تحت الحمراء، الأشعة فوق البنفسجية، إشعاع الأشعة السينية وأشعة غاما.
نحن، كما ذكرنا سابقًا، نستطيع رؤية مجال ضيق من الترددات فقط، من الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية - يسمى "الضوء المرئي". عندما نرى شيئا ملونًا في هذا العالم، عادةً ما يحدث ذلك بسبب إضاءته بالضوء "الأبيض" الذي يحتوي على جميع الألوان وجميع أطوال الأمواج، كضوء الشمس أو الضوء الذي يصل من المصباح، يبتلع العديد من الألوان ويعكس جميع الألوان التي لم يبتلعها. مادة تمتلك اللون الأحمر، على سبيل المثال، تبتلع جميع الألوان الأخرى (الأخضر، الأزرق، الأصفر، البنفسجي وهكذا) وتعكس الضوء الأحمر فقط.
لكن للمادة إمكانية أخرى لتكون ملونة، باستثناء الابتلاع والانعكاس البسيط كما وصفناه أعلاه، تسمى هذه الإمكانية "الفلورية". في هذه العملية تبتلع المادة الضوء في لون معين (بصورة أدقّ، فإنّ إلكترونات المادة هي من تبتلع الضوء)، يجلب الضوء الذي قد ابتُلع المادة إلى حالة أكثر "يقظة" من ناحية الطاقة، تنتظم الإلكترونات الموجودة فيها في وضعٍ آخر (حالة وسطية)، نصف ثابت، وبعد مرور فترة زمنية قصيرة تعود الإلكترونات الموجودة في المادة إلى الوضع الثابت الذي كانت عليه منذ البداية، وأثناء ذلك تبعث الضوء.
لأنّ المادة نفسها تبعث الضوء، فإنها تبدو مختلفة عن المواد الملونة العادية، يبدو وكأنها "تسطع" وتضيء من تلقاء نفسها. يمكنكم مشاهدة ما نعنيه جيدًا هنا في تجربتنا، حيث يبدو اللون مشرقًا بالفعل.
بسبب تحولات الطاقة هذه إلى الوضع المرتفع، المتوسط والمنخفض، فإنّ الضوء المنبعث في نهاية المطاف أثناء عملية الفلورية يعادل طول موجة أطول قليلا (أقل طاقة) من الضوء المُمتص. في تجربتنا، يتم ابتلاع الضوء فوق البنفسجي الذي لا تستطيع العين البشرية رؤيته ويُبعث طول موجة آخر، والذي تكون العين البشرية قادرة على رؤيته.
يبعث مصباح جهاز قاتل البعوض بعض الضوء البنفسجي أيضًا، وهو ما نراه بكل تأكيد. لكن هناك أيضًا مصابيح ينبعث منها الضوء فوق البنفسجي فقط، وهي ببساطة غير مرئية (لهذا السبب يُطلق على ضوئها "الضوء الأسود"). فقط إذا قمنا بوضع مادة مُشعة بجانبها، يمكننا تحديد أنها تضيء بالفعل. المصابيح الأخرى التي نستخدمها في الإنارة المنزلية، كما نشاهد في الفيلم، لا تُصدر مثل هذا الضوء، لذلك إذا استخدمناها للإضاءة فلن تحدث عملية الفلورية ولن يتم توهّج الألوان.
من الجدير بالذكر
تم منح جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2008 لتطوير طريقة GFP المستخدمة على نطاق واسع في الأبحاث البيولوجية. في هذه الطريقة، يتم حقن جين ينتج بروتينًا يسمى "البروتين الفلوري الأخضر" (GFP:Green fluorescent protein) في الخلايا الحية، والذي يتوهج في الضوء الفلوري الأخضر عندما نقوم بتسليط الضوء فوق البنفسجي عليه، تمامًا كما في هذه التجربة. تسمح هذه الطريقة بمراقبة العمليات البيوكيميائية التي تحدث في الخلية.
لا يمكننا رؤية الضوء على الجانب الآخر من طيف الضوء المرئي، أي ضوء الأشعة تحت الحمراء، لكن يمكننا إجراء تجربة لطيفة توضح كيف يمكننا التعرف عليه. شاهدوا التجربة كيف يعمل جهاز التحكم عن بُعد.
الترجمة للعربيّة: بنان مواسي