Εισαγωγή
Εν αρχή εποίησεν ο Θεός τόν ουρανόν καί τήν γήν. Η δέ γή ήν αόρατος καί ακατασκεύαστος καί σκότος επάνω τής αβύσσου καί πνεύμα Θεού επεφέρετο επάνω τού ύδατος. Καί είπεν ο Θεός γενηθήτω φώς καί εγένετο φώς. Καί είδεν ο Θεός τό φώς ότι καλόν καί διεχώρισεν ο Θεός ανά μέσον τού φωτός καί ανά μέσον τού σκότους καί εκάλεσεν ο Θεός τό φώς ημέραν καί τό σκότος εκάλεσεν νύκτα (Βίβλος Γενέσεως).
Ένα φαινόμενο που ερευνά η επιστήμη της φυσικής με τεράστια και πολλαπλή σημασία για τον άνθρωπο είναι το φως. Η σπουδαιότητά του είναι τόση ώστε χρησιμοποιείται εκτεταμένα ως σύμβολο από όλες τις θρησκείες, από καταβολής κόσμου, για να εκφράσει ύψιστες ιδέες. Στήν Αγία Γραφή, λόγου χάριν, χρησιμοποιείται κατά κόρον η λέξη «ΦΩΣ» για να δηλώσει ακόμα και τον ίδιο τον Θεό. «Εγώ ειμί το φώς τού κόσμου, ο ακολουθών εμοί ου μη περιπατήση εν τη σκοτία, αλλ΄έξει το φως της ζωής» λέει ο ίδιος ο Χριστός. Αναφορά στο φώς υπάρχει στο σύμβολο της Πίστεως: «Φώς εκ φωτός θεόν αληθινόν εκ θεού αληθινού…». Αλλά καί σε άλλα ιερά κείμενα, όπως στά ευαγγέλια ή σε ύμνους της Εκκλησίας γίνεται λόγος για φώς φωτίζον καρδίας, φώς οικτιρμών, φώς άδυτον, φώς ιλαρόν, φώς άκτιστον, αληθινόν, τριλαμπές, τρισήλιον, μοναρχικόν, μονοκρατές, απρόσιτον, ανέσπερον, αυτολαμπές, κ.λπ.
Άς ανακαλέσουμε στην μνήμη μας το φως πού συνδέθηκε με το άστρο της Βηθλεέμ, την Βάπτιση του Χριστού, την Μεταμόρφωσή Του, την Ανάστασή Του, την Πεντηκοστή, μέχρι το Άγιο Φως πού μέχρι σήμερα μεταλαμπαδεύεται κάθε χρόνο από τους Αγίους Τόπους στις κατά τόπους εκκλησίες. Εκατοντάδες είναι οι φορές πού η λέξη «φως» απαντάται στα ιερά κείμενα.
Αλλά και στον αρχαίο κόσμο ο Υπερίων, ο Απόλλων, ο Φαέθων, ο Δίας, και ο Προμηθέας συνδέθηκαν με το φως. Είναι μάλιστα γνωστό το μαρτύριο του τελευταίου επειδή αποκάλυψε στον άνθρωπο την φωτιά (πηγή φωτός), η οποία αποτελούσε επτασφράγιστο μυστικό των θεών. Τόσο μεγάλη ήταν η αξία του. Το ιερό πυρ άλλωστε διετηρείτο άσβεστο από τους αρχαίους χρόνους σε διάφορα μέρη της Ελλάδος, με ευθύνη ηλικιωμένων γυναικών στους Δελφούς, ενώ στην Ρώμη το φρόντιζαν στα ιερά της Εστίας οι Εστιάδες Παρθένες από την εποχή του Νουμά. Τα σημερινά καντήλια είναι κατάλοιπα αυτού του πανάρχαιου ιερού φωτός, πού η Ορθοδοξία ευφυώς υιοθέτησε. Ακόμα και τα σύγχρονα κοσμικά κράτη ανά την υφήλιο επιχειρούν να αντλούν ιερότητα και μυστικισμό από την Ολυμπιακή Φλόγα του Απολλώνιου Φωτός, όταν κάθε τέσσερα χρόνια διοργανώνουν τους ψευδο-ολυμπιακούς αγώνες, αυτή την ύβρι προς το πνεύμα των προγόνων μας και όνειδος των νεοελλήνων. Τέλος το φως συνδέθηκε με την γνώση, την αλήθεια, την δικαιοσύνη, τον παράδεισο, ενώ το αντίθετό του, το σκότος, συνδέθηκε με την άγνοια, το ψέμα, την αδικία, την κόλαση. Και δικαίως. Μια μικρή γεύση της αξίας του φωτός μπορούμε να πάρουμε εάν κλείσουμε για λίγο τα μάτια μας, οπότε στερούμαστε την ευεργετική του επίδραση. Η ανάγκη να τά ξανανοίξουμε είναι αδήριτη και επιτακτική.
Ιστορική αναδρομή
Τι είναι όμως το φως; Πώς γεννιέται; Πώς διαδίδεται; Πώς επιδρά στο μάτι και προκαλεί την αίσθηση της οράσεως; Στο πρώτο ερώτημα, όσο κι αν φαίνεται παράδοξο, η επιστήμη κατέληξε να δηλώσει μάλλον άγνοια. Ανακάλυψε βεβαίως τρόπους αναπαραγωγής του φωτός, αγνοεί πάντως τι είναι πραγματικά το φως που ο άνθρωπος χρησιμοποιεί κατά κόρον και ποικιλοτρόπως. Κατά καιρούς νόμισε ότι έλυσε το μυστήριο της φύσης του φωτός διατυπώνοντας διάφορες θεωρίες. Σύντομα όμως συναντούσε αδιέξοδο, αφού δεν μπορούσε να εξηγήσει κάποιο νέο φαινόμενο πού το φως προκαλεί. Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα με την σειρά.
Όπως είναι φυσικό οι αρχαίοι Έλληνες, εφευρέτες πασών των επιστημών, δεν ήταν δυνατόν ν’ αδιαφορήσουν για την οντότητα αυτή. Έτσι αρχής γενομένης από τον Θαλή τον Μιλήσιο (640-546 π.Χ.) αναζήτησαν την αιτία των διαφόρων φαινομένων, μεταξύ αυτών και των οπτικών φαινομένων, θεμελιώνοντας την οπτική επιστήμη, η οποία ερευνά το φως και την όραση. Ο Πυθαγόρας ο Σάμιος (580-500 π.Χ.) και οι οπαδοί του πίστευαν ότι η όραση οφείλεται σε φωτεινές ακτίνες πού ανακλώνται στα διάφορα αντικείμενα και εκπέμπονται από τα μάτια. Ο Εμπεδοκλής (495-435 π.Χ.) βελτιώνει κάπως την θεωρία, και ερμηνεύει διάφορα φαινόμενα δεχόμενος ότι το φώς είναι σωματιδιακή κίνηση πολύ μεγάλης ταχύτητας πού απορρέει από το φωτίζον σώμα, ενώ οι φυσικοί φιλόσοφοι Λεύκιππος και Δημόκριτος (460-379 π.Χ.) υποστηρίζουν, την σωματιδιακή φύση του φωτός και μιλούν για εκπομπές, πάντα από τά μάτια όμως, στοιβάδων ατόμων. Ο Πλάτων (428-347 π.Χ.) ασχολείται κι αυτός με το οπτικό φαινόμενο και προσπαθεί να συγκεράσει τις διάφορες απόψεις προτείνοντας ότι το φώς είναι πύρ, ή κάτι σαν πύρ, για να φτάσουμε στόν παμμέγιστο Αριστοτέλη, ο οποίος έλεγε: «τὸ δὲ φῶς οἷον χρῶμά ἐστι τοῦ διαφανοῦς, ὅταν ᾖ ἐντελεχείᾳ διαφανὲς ὑπὸ πυρὸς ἢ τοιούτου οἷον τὸ ἄνω σῶμα· καὶ γὰρ τούτῳ τι ὑπάρχει ἓν καὶ ταὐτόν» (Το φως είναι τρόπον τινά το χρώμα του διαφανούς, όταν το διαφανές γίνεται δια της εντελέχειας διαφανές είτε υπό του πυρός είτε υπό άλλης αιτίας, όπως είναι το άνω σώμα (ο ήλιος)· διότι και τούτο το σώμα έχει κάτι το εν και ταυτόν με το πυρ). δοκεῖ τε τὸ φῶς ἐναντίον εἶναι τῷ σκότει· ἔστι δὲ τὸ σκότος στέρησις τῆς τοιαύτης ἕξεως ἐκ διαφανοῦς, ὥστε δῆλον ὅτι καὶ ἡ τούτου παρουσία τὸ φῶς ἐστιν.( Το φως φαίνεται ότι είναι ενάντιον προς το σκότος. Το δε σκότος είναι στέρησις της τοιαύτης καταστάσεως του διαφανούς, ώστε φανερόν είναι ότι και το φως είναι η παρουσία της καταστάσεως ταύτης).
Εν συνεχεία ο Επίκουρος (341-270 π.Χ.), ο Ευκλείδης (365-300 π.Χ.), ο Αρχιμήδης (287-212 π.Χ.), ο Κλαύδιος Πτολεμαίος (287-212 π.Χ.) και ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς δίνουν νέα ώθηση στην οπτική επιστήμη και τις πρακτικές εφαρμογές της. Είναι γνωστή η ιστορία, σύμφωνα με την οποία ο Αρχιμήδης με κάτοπτρα πού συγκέντρωναν τις ηλιακές ακτίνες κατέκαυσε τον ρωμαϊκό στόλο κατά τον Β΄ Καρχηδονιακό Πόλεμο. Χρειάστηκαν να περάσουν περίπου 2.000 χρόνια για να προστεθεί κάτι νέο στις θεωρίες περί της φύσεως του φωτός με τις θεωρίες του Καρτέσιου και του Νεύτωνα στο τέλος τού 17ου και τις αρχές του 18ου μ.Χ. αιώνα, οι οποίοι υποστήριξαν την σωματιδιακή φύση του φωτός (όχι και τόσο νέα θεωρία βεβαίως). Φαινόμενα όμως πού δεν ερμηνεύονταν με την σωματιδιακή φύση ανάγκασαν αργότερα τον Χόιγκενς να υποστηρίξει την κυματική φύση (μηχανισμός μεταφοράς δηλαδή ενέργειας), και να συμφωνήσουν μαζί του ο Όιλερ, πού έλεγε ότι ο ήλιος είναι καμπάνα πού κουδουνίζει φως, και ο Γιούγκ, ο οποίος το 1801 απέδειξε υποτίθεται την κυματική φύση του φωτός. Η θεωρία αυτή προϋπέθετε την ύπαρξη ενός ελαστικού μέσου μέσα στον οποίο και με την βοήθεια του οποίου διαδίδεται το φως. Έτσι δέχτηκαν την ύπαρξη του αιθέρα, την ξεχασμένη πεμπτουσία του Αριστοτέλη, η οποία υπάρχει παντού στο σύμπαν.
Η έρευνα όμως συνεχίστηκε, το κυνήγι του φωτός δεν τέλειωσε, αφού οι Μάικελσον – Μόρλεϊ με το περίφημο πείραμά τους απέδειξαν το 1887, ότι αιθέρας δεν υφίσταται και συνεπώς η κυματική θεωρία του φωτός (μηχανικό κύμα, όπως ο ήχος) κατέρρευσε. Έτσι φτάσαμε στον Μάξγουελ ο οποίος απέδειξε με τις περίφημες εξισώσεις του, ότι το φως εξακολουθεί να είναι κύμα, αλλά ηλεκτρομαγνητικό (όπως τά ραδιοτηλεοπτικά) και ως τέτοιο δεν έχει ανάγκη μέσου διαδόσεως, έτσι ο αιθέρας δεν χρειάζεται. Για την ακρίβεια ο Μάξγουελ καθόρισε το φως σαν τμήμα ενός απέραντου συνεχούς φάσματος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, εκείνου το οποίο ερεθίζει το μάτι. Κοινό χαρακτηριστικό όλων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι η ταχύτητα, 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, ενώ αυτό πού τά διαφοροποιεί είναι η συχνότητα (ή το μήκος κύματος). Μετά από 25 χρόνια ο Χέρτζ επιβεβαίωσε την ηλεκτρομαγνητική κυματική φύση του φωτός, τα ηλεκτρομαγνητικά μάλιστα κύματα τά έλεγαν από το όνομά του και ερτζιανά. Τα κύματα αυτά συνιστούν διάδοση ηλεκτρικού (Ε) και μαγνητικού (Η) πεδίου καθέτων μεταξύ τους και ως προς την διεύθυνση πού διαδίδονται (βλέπε εικόνα δεξιά) και παράγονται από επιταχυνόμενα ηλεκτρικά φορτία, παλλόμενα ηλεκτρικά δίπολα κ.ά.
Όμως το 1900 ο Μάξ Πλάνκ, ένας Γερμανός φυσικός εισάγει την έννοια των κβάντα (πακέτα ενέργειας), τά οποία θα μετονομασθούν σε φωτόνια, και η θεωρία περί φωτός αναδιαμορφώνεται. Το φως αποτελείται από τα φωτόνια λέει ο Πλάνκ, σωματίδια δηλαδή με μηδενική όμως μάζα ηρεμίας, και κάθε φωτόνιο ισοδυναμεί με ένα πακέτο ενέργειας. Η σωματιδιακή δηλαδή θεωρία επανέρχεται στο προσκήνιο και οι παλαιές αντιπαραθέσεις μεταξύ των υποστηρικτών της κυματικής και των υποστηρικτών της σωματιδιακής φύσης αναζωπυρώθηκαν. Το 1905 ένας άλλος Γερμανός φυσικός, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, για να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο εισάγει την έννοια του φωτοηλεκτρονίου και διατυπώνει την άποψη ότι το φως αποτελείται από σωματίδια, πού όμως έχουν ιδιότητες κύματος, αποδεχόμενος στην πραγματικότητα την ορθότητα και των δύο θεωριών και συμβιβάζοντας τις αντιμαχόμενες μερίδες. Το 1923 ένας Αμερικανός φυσικός, ο Άρθουρ Κόμπτον έδειξε ότι τα φωτόνια έχουν ορμή και ενίσχυσε την θεωρία του Αϊνστάιν.
Σύγχρονες αντιλήψεις
Σήμερα, με την εξέλιξη της κβαντομηχανικής και την συμβολή των Νίλς Μπόρ, Ντέ Μπρολί, Βέρνερ Χάιζενμπεργκ, Έρβιν Σρέντιγκερ, Μάξ Μπόρν και Φέινμαν, τά πράγματα είναι πιο απλά (;) Δεχόμαστε δηλαδή ότι το φως άλλοτε συμπεριφέρεται σαν κύμα και άλλοτε σαν πλήθος σωματιδίων και καθαρίσαμε! Άλλωστε και το ηλεκτρόνιο -υποατομικό σωματίδιο-, το δεχόμαστε άλλοτε σαν κύμα και άλλοτε σαν σωματίδιο, ανάλογα με το φαινόμενο πού θέλουμε να παρατηρήσουμε. Και γενικότερα ισχυριζόμαστε ότι η ύλη ισοδυναμεί με ενέργεια πού εκδηλώνεται άλλοτε ως κύμα και άλλοτε ως σωματίδια. Η ύλη δηλαδή και η ενέργεια είναι οι δύο όψεις του αυτού νομίσματος. Τι είναι το νόμισμα όμως αυτό καθ’ εαυτό; Για την ακρίβεια αυτό πού παρατηρούμε δεν είναι η ίδια η φύση, αλλά ένας τρόπος αντιδράσεως αυτής. Ανάλογα πώς παρατηρούμε π.χ. το ηλεκτρόνιο, αυτό αντιδρά και αυτό πού μας δείχνει είναι η αντίδρασή του, κυματική ή σωματιδιακή. Δηλαδή μετά από δύο χιλιετίες παραμένουμε στις ιδέες ουσιαστικά πού είχαν οι αρχαίοι Έλληνες για το φως, απλώς διατυπώθηκαν σαφέστερα ίσως και κομψότερα, αφού βοήθησε προς τούτο και η μεγάλη εξέλιξη των μαθηματικών.
Άς δούμε τώρα πώς παράγεται το φως. Με την πρόοδο πού έχει επιτευχθεί τις τελευταίες δεκαετίες στην θεωρητική φυσική και στις θεωρίες πού περιγράφουν την δομή του ατόμου είναι κατανοητός ο τρόπος πού παράγονται τα φωτόνια, δηλαδή το φως. Είναι γνωστό ότι η ύλη αποτελείται από τα περίφημα άτομα των προσωκρατικών φυσικών φιλοσόφων Λεύκιππου και Δημόκριτου με διαφοροποιημένες βεβαίως ιδιότητες. Τα άτομα αυτά είναι μικρογραφίες του ηλιακού συστήματος αφού στο κέντρο τους υπάρχει ο πυρήνας, ενώ γύρω από αυτόν περιφέρονται αλλά και περιστρέφονται τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, σε καθορισμένες τροχιές πού καθορίζουν και την ενέργειά τους.. Ο πυρήνας αποτελείται από θετικά φορτισμένα σωματίδια, τα πρωτόνια, και από ουδέτερα, τα ουδετερόνια ή νετρόνια. Όταν για κάποιο λόγο, π.χ. επίδραση φωτός (φωτονίων) ή κρούση με άλλο σωματίδιο, ένα ηλεκτρόνιο εγκαταλείπει την τροχιά του και μεταβαίνει σε άλλη τροχιά υψηλότερης ενεργειακής στάθμης, όπως λέμε, προσλαμβάνοντας ενέργεια, τότε το άτομο διεγείρεται. Στην κατάσταση αυτή το άτομο δεν παραμένει επί πολύ, αλλά επανέρχεται στην προηγούμενη σταθερή κατάσταση (αποδιέγερση) ενώ το ηλεκτρόνιο επιστρέφει στην τροχιά του δίνοντας την ενέργεια πού προσέλαβε προηγουμένως. Η απόδοση της ενέργειας αυτής γίνεται με την μορφή ενός φωτονίου. Τα φωτόνια αυτά πού δραπετεύουν κατά κάποιο τρόπο από τα άτομα, συνιστούν αυτό πού αντιλαμβανόμαστε ως φως. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η διέγερση ενός ατόμου από επίδραση (απορρόφηση) φωτονίων (αριστερά) και η αποδιέγερση με την εκπομπή φωτονίων και την επιστροφή των ηλεκτρονίων στην αρχική τους στοιβάδα (δεξιά).
Έτσι γεννιούνται τα δομικά συστατικά τού φωτός, δηλαδή τα φωτόνια. Ανάλογα μάλιστα με την ενέργεια πού αποδίδεται στο αποβαλλόμενο φωτόνιο, αυτό αντιστοιχεί σε ορισμένη συχνότητα ή μήκος κύματος. Αν τώρα αυτό το μήκος κύματος είναι τέτοιο πού μπορεί και διεγείρει τον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού μιλάμε για το ορατό φως, άλλως έχομε την αόρατη (υπεριώδη ή υπέρυθρη) περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Με άλλα λόγια το σύνολο των συχνοτήτων πού μπορούν να προκύψουν από την αποδιέγερση των ατόμων αποτελεί το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ένα τμήμα του οποίου είναι το φως. Συγκεκριμένα η πολύ μικρή περιοχή πού αντιστοιχεί στο ορατό και φαίνεται σαν έγχρωμη ταινία , όπως φαίνεται και στις παρακάτω εικόνες. Το φως είναι το σύνολο αυτών των χρωμάτων πού αθροιστικά εισερχόμενα στο μάτι του παρατηρητή δίνουν το σύνηθες λευκό φως.
Το φάσμα
Στην εικόνα πού ακολουθεί φαίνεται το σύνολο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας πού εκπέμπεται μάλιστα από τον ήλιο με αντιστοίχηση σε διάφορα ισοδύναμα αντικείμενα των διαφόρων περιοχών του φάσματος. Η κλίμακα αντιστοιχεί σε μήκη κύματος από 10-18 έως 106 μέτρα. Στα μικρότερα μήκη κύματος αντιστοιχούν οι μεγαλύτερες συχνότητες κι εκεί εντοπίζονται οι ακτίνες χ και οι ακτίνες γ, ενώ στα μεγάλα μήκη κύματος (μικρές συχνότητες) έχομε τις υπέρυθρες ακτίνες και πέραν αυτών τις ραδιοφωνικές.
Στην παρακάτω εικόνα είναι εμφανέστερες οι διάφορες περιοχές του φάσματος, αφού εμφανίζονται και οι περιοχές των κυμάτων ραντάρ, FM, τηλεοράσεως, μικροκυμάτων και ΑΜ. Ταυτόχρονα απομονώνεται η ορατή περιοχή μεταξύ 10-8 και 10-6 μέτρων και μεγεθύνεται για να φανεί η έγχρωμη ταινία. Σ’ αυτήν το μήκος κύματος μετρείται πλέον σε νανόμετρα, δηλαδή δισεκατομυριοστά του μέτρου για να είναι εμφανείς οι ακριβείς περιοχές μήκους κύματος των διαφόρων χρωμάτων πού συνθέτουν το ορατό λευκό φως.
Παρατηρούμε ότι το μήκος κύματος του ορατού φωτός κυμαίνεται από 400 νανόμετρα έως 700 και παράγεται από την ανακατανομή των ηλεκτρονίων στα άτομα και τα μόρια. Κάθε υποπεριοχή του ορατού φάσματος προκαλεί στον παρατηρητή την αίσθηση κάποιου συγκεκριμένου χρώματος. Έτσι από 700 έως 630 νανόμετρα έχομε το ερυθρό, από 630 έως 590 πορτοκαλί, από 590 έως 560 κίτρινο, από 560 έως 480 πράσινο, από 480 έως 440 κυανό καί από 440 έως 400 ιώδες. Μια στενή περιοχή περίπου 10 νανομέτρων λέμε ότι αντιστοιχεί σε μονοχρωματική ακτινοβολία. Απόλυτα μονοχρωματικό φως, δηλαδή μιάς μόνο συχνότητας αποτελεί εξιδανίκευση, την οποία προσεγγίζει όμως η ακτινοβολία λέιζερ. Ανάλυση του λευκού φωτός στα χρώματά του έχομε στο ουράνιο τόξο ή μπορούμε να επιτύχουμε με ένα πρίσμα όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Άλλοι τρόποι παραγωγής φωτός
Εκτός από την αποδιέγερση των ατόμων ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται από ταλαντούμενα ηλεκτρικά δίπολα, όπως ήδη αναφέρθηκε, πυρηνικές διασπάσεις κ.λ.π. Στην εικόνα παρακάτω φαίνεται μια πυρηνική διάσπαση. Το παραγόμενο φως είναι εκτυφλωτικό. Αυτό πού παράγεται δε από έκρηξη έστω και μικρής ατομικής βόμβας, σίγουρα θα προκαλέσει τύφλωση στον παρατηρητή της.
Επίσης φωτόνια παράγονται και με την σύγκρουση ενός ηλεκτρονίου με το αντισωματίδιό του, το αντιηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο), οπότε παράγονται φωτόνια. Αυτό συμβαίνει π.χ. στην διπλανή εικόνα, όπου ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο πλησιάζουν, εξαφανίζονται και τα δύο και ελευθερώνεται ένα αντίστοιχο ποσό ενέργειας με την μορφή δύο φωτονίων, η οποία σχεδόν ακαριαία μετατρέπεται σε άλλα υποατομικά σωματίδια. Εν προκειμένω θα πρέπει να αναφέρουμε ότι σύμφωνα με τις τελευταίες αντιλήψεις της φυσικής, ο κόσμος απαρτίζεται από την ύλη με τη γνωστή δομή της από πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια κ.λπ. και από την αντιύλη, η οποία συντίθεται απ’ τα αντισωματίδια, δηλαδή αντιπρωτόνια, αντινετρόνια, κ.λπ. Κατά την σύγκρουση ύλης και αντιύλης αυτά εξαφανίζονται με ταυτόχρονη εμφάνιση ενέργειας, δηλαδή φωτονίων. Ισχύει βεβαίως και το αντίστροφο. Δηλαδή είναι δυνατή η γένεση ύλης και αντιύλης από φωτόνια, και το φαινόμενο τότε λέγεται δίδυμη γένεση. Μια περίπτωσή της φαίνεται στην εικόνα δεξιά. Ένα φωτόνιο ακτινοβολίας γ προσκρούει σ’ ένα ηλεκτρόνιο και μετατρέπεται σε ηλεκτρόνιο (ύλη) και ποζιτρόνιο (αντιύλη) πού διαγράφουν σπειροειδείς τροχιές αντίστροφης φοράς λόγω αντίθετου φορτίου, μέσα στον χώρο μαγνητικού πεδίου πού διαδραματίζονται τα συμβάντα αυτά.
Επίλογος
Συνοψίζοντας: το φως, η μυστηριώδης ουσία πού είτε λάμπει στο στερέωμα από τον ήλιο, είτε τρεμοσβήνει ερχόμενο από τα άστρα, είτε ξεχύνεται από τα πυροτεχνήματα σε χιλιάδες χρώματα, είτε σπινθηρίζει από μια πυγολαμπίδα, είτε, είτε, είτε … θεωρούμε ότι είναι μια μορφή ενέργειας, μια οντότητα πού έχει ιδιότητες σωματιδίου, προκειμένου να εξηγήσουμε κάποια φαινόμενα, τίς αλληλεπιδράσεις του π.χ. με την ύλη, και ιδιότητες κύματος προκειμένου να εξηγήσουμε άλλα φαινόμενα, όπως π.χ. η περίθλαση. Αν στο μέλλον παρατηρηθούν νέα φαινόμενα, ίσως για να ερμηνευθούν να απαιτηθεί πλήρης αναμόρφωση των απόψεων μας περί της φύσεως του φωτός. Ήδη άρχισε να ξαναγίνεται λόγος για την ύπαρξη του αιθέρα…
Εν αρχή εποίησεν ο Θεός τόν ουρανόν καί τήν γήν. Η δέ γή ήν αόρατος καί ακατασκεύαστος καί σκότος επάνω τής αβύσσου καί πνεύμα Θεού επεφέρετο επάνω τού ύδατος. Καί είπεν ο Θεός γενηθήτω φώς καί εγένετο φώς. Καί είδεν ο Θεός τό φώς ότι καλόν καί διεχώρισεν ο Θεός ανά μέσον τού φωτός καί ανά μέσον τού σκότους καί εκάλεσεν ο Θεός τό φώς ημέραν καί τό σκότος εκάλεσεν νύκτα (Βίβλος Γενέσεως).
Ένα φαινόμενο που ερευνά η επιστήμη της φυσικής με τεράστια και πολλαπλή σημασία για τον άνθρωπο είναι το φως. Η σπουδαιότητά του είναι τόση ώστε χρησιμοποιείται εκτεταμένα ως σύμβολο από όλες τις θρησκείες, από καταβολής κόσμου, για να εκφράσει ύψιστες ιδέες. Στήν Αγία Γραφή, λόγου χάριν, χρησιμοποιείται κατά κόρον η λέξη «ΦΩΣ» για να δηλώσει ακόμα και τον ίδιο τον Θεό. «Εγώ ειμί το φώς τού κόσμου, ο ακολουθών εμοί ου μη περιπατήση εν τη σκοτία, αλλ΄έξει το φως της ζωής» λέει ο ίδιος ο Χριστός. Αναφορά στο φώς υπάρχει στο σύμβολο της Πίστεως: «Φώς εκ φωτός θεόν αληθινόν εκ θεού αληθινού…». Αλλά καί σε άλλα ιερά κείμενα, όπως στά ευαγγέλια ή σε ύμνους της Εκκλησίας γίνεται λόγος για φώς φωτίζον καρδίας, φώς οικτιρμών, φώς άδυτον, φώς ιλαρόν, φώς άκτιστον, αληθινόν, τριλαμπές, τρισήλιον, μοναρχικόν, μονοκρατές, απρόσιτον, ανέσπερον, αυτολαμπές, κ.λπ.
Άς ανακαλέσουμε στην μνήμη μας το φως πού συνδέθηκε με το άστρο της Βηθλεέμ, την Βάπτιση του Χριστού, την Μεταμόρφωσή Του, την Ανάστασή Του, την Πεντηκοστή, μέχρι το Άγιο Φως πού μέχρι σήμερα μεταλαμπαδεύεται κάθε χρόνο από τους Αγίους Τόπους στις κατά τόπους εκκλησίες. Εκατοντάδες είναι οι φορές πού η λέξη «φως» απαντάται στα ιερά κείμενα.
Αλλά και στον αρχαίο κόσμο ο Υπερίων, ο Απόλλων, ο Φαέθων, ο Δίας, και ο Προμηθέας συνδέθηκαν με το φως. Είναι μάλιστα γνωστό το μαρτύριο του τελευταίου επειδή αποκάλυψε στον άνθρωπο την φωτιά (πηγή φωτός), η οποία αποτελούσε επτασφράγιστο μυστικό των θεών. Τόσο μεγάλη ήταν η αξία του. Το ιερό πυρ άλλωστε διετηρείτο άσβεστο από τους αρχαίους χρόνους σε διάφορα μέρη της Ελλάδος, με ευθύνη ηλικιωμένων γυναικών στους Δελφούς, ενώ στην Ρώμη το φρόντιζαν στα ιερά της Εστίας οι Εστιάδες Παρθένες από την εποχή του Νουμά. Τα σημερινά καντήλια είναι κατάλοιπα αυτού του πανάρχαιου ιερού φωτός, πού η Ορθοδοξία ευφυώς υιοθέτησε. Ακόμα και τα σύγχρονα κοσμικά κράτη ανά την υφήλιο επιχειρούν να αντλούν ιερότητα και μυστικισμό από την Ολυμπιακή Φλόγα του Απολλώνιου Φωτός, όταν κάθε τέσσερα χρόνια διοργανώνουν τους ψευδο-ολυμπιακούς αγώνες, αυτή την ύβρι προς το πνεύμα των προγόνων μας και όνειδος των νεοελλήνων. Τέλος το φως συνδέθηκε με την γνώση, την αλήθεια, την δικαιοσύνη, τον παράδεισο, ενώ το αντίθετό του, το σκότος, συνδέθηκε με την άγνοια, το ψέμα, την αδικία, την κόλαση. Και δικαίως. Μια μικρή γεύση της αξίας του φωτός μπορούμε να πάρουμε εάν κλείσουμε για λίγο τα μάτια μας, οπότε στερούμαστε την ευεργετική του επίδραση. Η ανάγκη να τά ξανανοίξουμε είναι αδήριτη και επιτακτική.
Ιστορική αναδρομή
Τι είναι όμως το φως; Πώς γεννιέται; Πώς διαδίδεται; Πώς επιδρά στο μάτι και προκαλεί την αίσθηση της οράσεως; Στο πρώτο ερώτημα, όσο κι αν φαίνεται παράδοξο, η επιστήμη κατέληξε να δηλώσει μάλλον άγνοια. Ανακάλυψε βεβαίως τρόπους αναπαραγωγής του φωτός, αγνοεί πάντως τι είναι πραγματικά το φως που ο άνθρωπος χρησιμοποιεί κατά κόρον και ποικιλοτρόπως. Κατά καιρούς νόμισε ότι έλυσε το μυστήριο της φύσης του φωτός διατυπώνοντας διάφορες θεωρίες. Σύντομα όμως συναντούσε αδιέξοδο, αφού δεν μπορούσε να εξηγήσει κάποιο νέο φαινόμενο πού το φως προκαλεί. Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα με την σειρά.
Όπως είναι φυσικό οι αρχαίοι Έλληνες, εφευρέτες πασών των επιστημών, δεν ήταν δυνατόν ν’ αδιαφορήσουν για την οντότητα αυτή. Έτσι αρχής γενομένης από τον Θαλή τον Μιλήσιο (640-546 π.Χ.) αναζήτησαν την αιτία των διαφόρων φαινομένων, μεταξύ αυτών και των οπτικών φαινομένων, θεμελιώνοντας την οπτική επιστήμη, η οποία ερευνά το φως και την όραση. Ο Πυθαγόρας ο Σάμιος (580-500 π.Χ.) και οι οπαδοί του πίστευαν ότι η όραση οφείλεται σε φωτεινές ακτίνες πού ανακλώνται στα διάφορα αντικείμενα και εκπέμπονται από τα μάτια. Ο Εμπεδοκλής (495-435 π.Χ.) βελτιώνει κάπως την θεωρία, και ερμηνεύει διάφορα φαινόμενα δεχόμενος ότι το φώς είναι σωματιδιακή κίνηση πολύ μεγάλης ταχύτητας πού απορρέει από το φωτίζον σώμα, ενώ οι φυσικοί φιλόσοφοι Λεύκιππος και Δημόκριτος (460-379 π.Χ.) υποστηρίζουν, την σωματιδιακή φύση του φωτός και μιλούν για εκπομπές, πάντα από τά μάτια όμως, στοιβάδων ατόμων. Ο Πλάτων (428-347 π.Χ.) ασχολείται κι αυτός με το οπτικό φαινόμενο και προσπαθεί να συγκεράσει τις διάφορες απόψεις προτείνοντας ότι το φώς είναι πύρ, ή κάτι σαν πύρ, για να φτάσουμε στόν παμμέγιστο Αριστοτέλη, ο οποίος έλεγε: «τὸ δὲ φῶς οἷον χρῶμά ἐστι τοῦ διαφανοῦς, ὅταν ᾖ ἐντελεχείᾳ διαφανὲς ὑπὸ πυρὸς ἢ τοιούτου οἷον τὸ ἄνω σῶμα· καὶ γὰρ τούτῳ τι ὑπάρχει ἓν καὶ ταὐτόν» (Το φως είναι τρόπον τινά το χρώμα του διαφανούς, όταν το διαφανές γίνεται δια της εντελέχειας διαφανές είτε υπό του πυρός είτε υπό άλλης αιτίας, όπως είναι το άνω σώμα (ο ήλιος)· διότι και τούτο το σώμα έχει κάτι το εν και ταυτόν με το πυρ). δοκεῖ τε τὸ φῶς ἐναντίον εἶναι τῷ σκότει· ἔστι δὲ τὸ σκότος στέρησις τῆς τοιαύτης ἕξεως ἐκ διαφανοῦς, ὥστε δῆλον ὅτι καὶ ἡ τούτου παρουσία τὸ φῶς ἐστιν.( Το φως φαίνεται ότι είναι ενάντιον προς το σκότος. Το δε σκότος είναι στέρησις της τοιαύτης καταστάσεως του διαφανούς, ώστε φανερόν είναι ότι και το φως είναι η παρουσία της καταστάσεως ταύτης).
Εν συνεχεία ο Επίκουρος (341-270 π.Χ.), ο Ευκλείδης (365-300 π.Χ.), ο Αρχιμήδης (287-212 π.Χ.), ο Κλαύδιος Πτολεμαίος (287-212 π.Χ.) και ο Ήρων ο Αλεξανδρεύς δίνουν νέα ώθηση στην οπτική επιστήμη και τις πρακτικές εφαρμογές της. Είναι γνωστή η ιστορία, σύμφωνα με την οποία ο Αρχιμήδης με κάτοπτρα πού συγκέντρωναν τις ηλιακές ακτίνες κατέκαυσε τον ρωμαϊκό στόλο κατά τον Β΄ Καρχηδονιακό Πόλεμο. Χρειάστηκαν να περάσουν περίπου 2.000 χρόνια για να προστεθεί κάτι νέο στις θεωρίες περί της φύσεως του φωτός με τις θεωρίες του Καρτέσιου και του Νεύτωνα στο τέλος τού 17ου και τις αρχές του 18ου μ.Χ. αιώνα, οι οποίοι υποστήριξαν την σωματιδιακή φύση του φωτός (όχι και τόσο νέα θεωρία βεβαίως). Φαινόμενα όμως πού δεν ερμηνεύονταν με την σωματιδιακή φύση ανάγκασαν αργότερα τον Χόιγκενς να υποστηρίξει την κυματική φύση (μηχανισμός μεταφοράς δηλαδή ενέργειας), και να συμφωνήσουν μαζί του ο Όιλερ, πού έλεγε ότι ο ήλιος είναι καμπάνα πού κουδουνίζει φως, και ο Γιούγκ, ο οποίος το 1801 απέδειξε υποτίθεται την κυματική φύση του φωτός. Η θεωρία αυτή προϋπέθετε την ύπαρξη ενός ελαστικού μέσου μέσα στον οποίο και με την βοήθεια του οποίου διαδίδεται το φως. Έτσι δέχτηκαν την ύπαρξη του αιθέρα, την ξεχασμένη πεμπτουσία του Αριστοτέλη, η οποία υπάρχει παντού στο σύμπαν.
Η έρευνα όμως συνεχίστηκε, το κυνήγι του φωτός δεν τέλειωσε, αφού οι Μάικελσον – Μόρλεϊ με το περίφημο πείραμά τους απέδειξαν το 1887, ότι αιθέρας δεν υφίσταται και συνεπώς η κυματική θεωρία του φωτός (μηχανικό κύμα, όπως ο ήχος) κατέρρευσε. Έτσι φτάσαμε στον Μάξγουελ ο οποίος απέδειξε με τις περίφημες εξισώσεις του, ότι το φως εξακολουθεί να είναι κύμα, αλλά ηλεκτρομαγνητικό (όπως τά ραδιοτηλεοπτικά) και ως τέτοιο δεν έχει ανάγκη μέσου διαδόσεως, έτσι ο αιθέρας δεν χρειάζεται. Για την ακρίβεια ο Μάξγουελ καθόρισε το φως σαν τμήμα ενός απέραντου συνεχούς φάσματος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, εκείνου το οποίο ερεθίζει το μάτι. Κοινό χαρακτηριστικό όλων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων είναι η ταχύτητα, 300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο, ενώ αυτό πού τά διαφοροποιεί είναι η συχνότητα (ή το μήκος κύματος). Μετά από 25 χρόνια ο Χέρτζ επιβεβαίωσε την ηλεκτρομαγνητική κυματική φύση του φωτός, τα ηλεκτρομαγνητικά μάλιστα κύματα τά έλεγαν από το όνομά του και ερτζιανά. Τα κύματα αυτά συνιστούν διάδοση ηλεκτρικού (Ε) και μαγνητικού (Η) πεδίου καθέτων μεταξύ τους και ως προς την διεύθυνση πού διαδίδονται (βλέπε εικόνα δεξιά) και παράγονται από επιταχυνόμενα ηλεκτρικά φορτία, παλλόμενα ηλεκτρικά δίπολα κ.ά.
Όμως το 1900 ο Μάξ Πλάνκ, ένας Γερμανός φυσικός εισάγει την έννοια των κβάντα (πακέτα ενέργειας), τά οποία θα μετονομασθούν σε φωτόνια, και η θεωρία περί φωτός αναδιαμορφώνεται. Το φως αποτελείται από τα φωτόνια λέει ο Πλάνκ, σωματίδια δηλαδή με μηδενική όμως μάζα ηρεμίας, και κάθε φωτόνιο ισοδυναμεί με ένα πακέτο ενέργειας. Η σωματιδιακή δηλαδή θεωρία επανέρχεται στο προσκήνιο και οι παλαιές αντιπαραθέσεις μεταξύ των υποστηρικτών της κυματικής και των υποστηρικτών της σωματιδιακής φύσης αναζωπυρώθηκαν. Το 1905 ένας άλλος Γερμανός φυσικός, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν, για να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο εισάγει την έννοια του φωτοηλεκτρονίου και διατυπώνει την άποψη ότι το φως αποτελείται από σωματίδια, πού όμως έχουν ιδιότητες κύματος, αποδεχόμενος στην πραγματικότητα την ορθότητα και των δύο θεωριών και συμβιβάζοντας τις αντιμαχόμενες μερίδες. Το 1923 ένας Αμερικανός φυσικός, ο Άρθουρ Κόμπτον έδειξε ότι τα φωτόνια έχουν ορμή και ενίσχυσε την θεωρία του Αϊνστάιν.
Σύγχρονες αντιλήψεις
Σήμερα, με την εξέλιξη της κβαντομηχανικής και την συμβολή των Νίλς Μπόρ, Ντέ Μπρολί, Βέρνερ Χάιζενμπεργκ, Έρβιν Σρέντιγκερ, Μάξ Μπόρν και Φέινμαν, τά πράγματα είναι πιο απλά (;) Δεχόμαστε δηλαδή ότι το φως άλλοτε συμπεριφέρεται σαν κύμα και άλλοτε σαν πλήθος σωματιδίων και καθαρίσαμε! Άλλωστε και το ηλεκτρόνιο -υποατομικό σωματίδιο-, το δεχόμαστε άλλοτε σαν κύμα και άλλοτε σαν σωματίδιο, ανάλογα με το φαινόμενο πού θέλουμε να παρατηρήσουμε. Και γενικότερα ισχυριζόμαστε ότι η ύλη ισοδυναμεί με ενέργεια πού εκδηλώνεται άλλοτε ως κύμα και άλλοτε ως σωματίδια. Η ύλη δηλαδή και η ενέργεια είναι οι δύο όψεις του αυτού νομίσματος. Τι είναι το νόμισμα όμως αυτό καθ’ εαυτό; Για την ακρίβεια αυτό πού παρατηρούμε δεν είναι η ίδια η φύση, αλλά ένας τρόπος αντιδράσεως αυτής. Ανάλογα πώς παρατηρούμε π.χ. το ηλεκτρόνιο, αυτό αντιδρά και αυτό πού μας δείχνει είναι η αντίδρασή του, κυματική ή σωματιδιακή. Δηλαδή μετά από δύο χιλιετίες παραμένουμε στις ιδέες ουσιαστικά πού είχαν οι αρχαίοι Έλληνες για το φως, απλώς διατυπώθηκαν σαφέστερα ίσως και κομψότερα, αφού βοήθησε προς τούτο και η μεγάλη εξέλιξη των μαθηματικών.
Άς δούμε τώρα πώς παράγεται το φως. Με την πρόοδο πού έχει επιτευχθεί τις τελευταίες δεκαετίες στην θεωρητική φυσική και στις θεωρίες πού περιγράφουν την δομή του ατόμου είναι κατανοητός ο τρόπος πού παράγονται τα φωτόνια, δηλαδή το φως. Είναι γνωστό ότι η ύλη αποτελείται από τα περίφημα άτομα των προσωκρατικών φυσικών φιλοσόφων Λεύκιππου και Δημόκριτου με διαφοροποιημένες βεβαίως ιδιότητες. Τα άτομα αυτά είναι μικρογραφίες του ηλιακού συστήματος αφού στο κέντρο τους υπάρχει ο πυρήνας, ενώ γύρω από αυτόν περιφέρονται αλλά και περιστρέφονται τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, σε καθορισμένες τροχιές πού καθορίζουν και την ενέργειά τους.. Ο πυρήνας αποτελείται από θετικά φορτισμένα σωματίδια, τα πρωτόνια, και από ουδέτερα, τα ουδετερόνια ή νετρόνια. Όταν για κάποιο λόγο, π.χ. επίδραση φωτός (φωτονίων) ή κρούση με άλλο σωματίδιο, ένα ηλεκτρόνιο εγκαταλείπει την τροχιά του και μεταβαίνει σε άλλη τροχιά υψηλότερης ενεργειακής στάθμης, όπως λέμε, προσλαμβάνοντας ενέργεια, τότε το άτομο διεγείρεται. Στην κατάσταση αυτή το άτομο δεν παραμένει επί πολύ, αλλά επανέρχεται στην προηγούμενη σταθερή κατάσταση (αποδιέγερση) ενώ το ηλεκτρόνιο επιστρέφει στην τροχιά του δίνοντας την ενέργεια πού προσέλαβε προηγουμένως. Η απόδοση της ενέργειας αυτής γίνεται με την μορφή ενός φωτονίου. Τα φωτόνια αυτά πού δραπετεύουν κατά κάποιο τρόπο από τα άτομα, συνιστούν αυτό πού αντιλαμβανόμαστε ως φως. Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται η διέγερση ενός ατόμου από επίδραση (απορρόφηση) φωτονίων (αριστερά) και η αποδιέγερση με την εκπομπή φωτονίων και την επιστροφή των ηλεκτρονίων στην αρχική τους στοιβάδα (δεξιά).
Έτσι γεννιούνται τα δομικά συστατικά τού φωτός, δηλαδή τα φωτόνια. Ανάλογα μάλιστα με την ενέργεια πού αποδίδεται στο αποβαλλόμενο φωτόνιο, αυτό αντιστοιχεί σε ορισμένη συχνότητα ή μήκος κύματος. Αν τώρα αυτό το μήκος κύματος είναι τέτοιο πού μπορεί και διεγείρει τον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού μιλάμε για το ορατό φως, άλλως έχομε την αόρατη (υπεριώδη ή υπέρυθρη) περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Με άλλα λόγια το σύνολο των συχνοτήτων πού μπορούν να προκύψουν από την αποδιέγερση των ατόμων αποτελεί το φάσμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας ένα τμήμα του οποίου είναι το φως. Συγκεκριμένα η πολύ μικρή περιοχή πού αντιστοιχεί στο ορατό και φαίνεται σαν έγχρωμη ταινία , όπως φαίνεται και στις παρακάτω εικόνες. Το φως είναι το σύνολο αυτών των χρωμάτων πού αθροιστικά εισερχόμενα στο μάτι του παρατηρητή δίνουν το σύνηθες λευκό φως.
Το φάσμα
Στην εικόνα πού ακολουθεί φαίνεται το σύνολο της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας πού εκπέμπεται μάλιστα από τον ήλιο με αντιστοίχηση σε διάφορα ισοδύναμα αντικείμενα των διαφόρων περιοχών του φάσματος. Η κλίμακα αντιστοιχεί σε μήκη κύματος από 10-18 έως 106 μέτρα. Στα μικρότερα μήκη κύματος αντιστοιχούν οι μεγαλύτερες συχνότητες κι εκεί εντοπίζονται οι ακτίνες χ και οι ακτίνες γ, ενώ στα μεγάλα μήκη κύματος (μικρές συχνότητες) έχομε τις υπέρυθρες ακτίνες και πέραν αυτών τις ραδιοφωνικές.
Στην παρακάτω εικόνα είναι εμφανέστερες οι διάφορες περιοχές του φάσματος, αφού εμφανίζονται και οι περιοχές των κυμάτων ραντάρ, FM, τηλεοράσεως, μικροκυμάτων και ΑΜ. Ταυτόχρονα απομονώνεται η ορατή περιοχή μεταξύ 10-8 και 10-6 μέτρων και μεγεθύνεται για να φανεί η έγχρωμη ταινία. Σ’ αυτήν το μήκος κύματος μετρείται πλέον σε νανόμετρα, δηλαδή δισεκατομυριοστά του μέτρου για να είναι εμφανείς οι ακριβείς περιοχές μήκους κύματος των διαφόρων χρωμάτων πού συνθέτουν το ορατό λευκό φως.
Παρατηρούμε ότι το μήκος κύματος του ορατού φωτός κυμαίνεται από 400 νανόμετρα έως 700 και παράγεται από την ανακατανομή των ηλεκτρονίων στα άτομα και τα μόρια. Κάθε υποπεριοχή του ορατού φάσματος προκαλεί στον παρατηρητή την αίσθηση κάποιου συγκεκριμένου χρώματος. Έτσι από 700 έως 630 νανόμετρα έχομε το ερυθρό, από 630 έως 590 πορτοκαλί, από 590 έως 560 κίτρινο, από 560 έως 480 πράσινο, από 480 έως 440 κυανό καί από 440 έως 400 ιώδες. Μια στενή περιοχή περίπου 10 νανομέτρων λέμε ότι αντιστοιχεί σε μονοχρωματική ακτινοβολία. Απόλυτα μονοχρωματικό φως, δηλαδή μιάς μόνο συχνότητας αποτελεί εξιδανίκευση, την οποία προσεγγίζει όμως η ακτινοβολία λέιζερ. Ανάλυση του λευκού φωτός στα χρώματά του έχομε στο ουράνιο τόξο ή μπορούμε να επιτύχουμε με ένα πρίσμα όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Άλλοι τρόποι παραγωγής φωτός
Εκτός από την αποδιέγερση των ατόμων ηλεκτρομαγνητικά κύματα παράγονται από ταλαντούμενα ηλεκτρικά δίπολα, όπως ήδη αναφέρθηκε, πυρηνικές διασπάσεις κ.λ.π. Στην εικόνα παρακάτω φαίνεται μια πυρηνική διάσπαση. Το παραγόμενο φως είναι εκτυφλωτικό. Αυτό πού παράγεται δε από έκρηξη έστω και μικρής ατομικής βόμβας, σίγουρα θα προκαλέσει τύφλωση στον παρατηρητή της.
Επίσης φωτόνια παράγονται και με την σύγκρουση ενός ηλεκτρονίου με το αντισωματίδιό του, το αντιηλεκτρόνιο (ποζιτρόνιο), οπότε παράγονται φωτόνια. Αυτό συμβαίνει π.χ. στην διπλανή εικόνα, όπου ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο πλησιάζουν, εξαφανίζονται και τα δύο και ελευθερώνεται ένα αντίστοιχο ποσό ενέργειας με την μορφή δύο φωτονίων, η οποία σχεδόν ακαριαία μετατρέπεται σε άλλα υποατομικά σωματίδια. Εν προκειμένω θα πρέπει να αναφέρουμε ότι σύμφωνα με τις τελευταίες αντιλήψεις της φυσικής, ο κόσμος απαρτίζεται από την ύλη με τη γνωστή δομή της από πρωτόνια, νετρόνια, ηλεκτρόνια κ.λπ. και από την αντιύλη, η οποία συντίθεται απ’ τα αντισωματίδια, δηλαδή αντιπρωτόνια, αντινετρόνια, κ.λπ. Κατά την σύγκρουση ύλης και αντιύλης αυτά εξαφανίζονται με ταυτόχρονη εμφάνιση ενέργειας, δηλαδή φωτονίων. Ισχύει βεβαίως και το αντίστροφο. Δηλαδή είναι δυνατή η γένεση ύλης και αντιύλης από φωτόνια, και το φαινόμενο τότε λέγεται δίδυμη γένεση. Μια περίπτωσή της φαίνεται στην εικόνα δεξιά. Ένα φωτόνιο ακτινοβολίας γ προσκρούει σ’ ένα ηλεκτρόνιο και μετατρέπεται σε ηλεκτρόνιο (ύλη) και ποζιτρόνιο (αντιύλη) πού διαγράφουν σπειροειδείς τροχιές αντίστροφης φοράς λόγω αντίθετου φορτίου, μέσα στον χώρο μαγνητικού πεδίου πού διαδραματίζονται τα συμβάντα αυτά.
Επίλογος
Συνοψίζοντας: το φως, η μυστηριώδης ουσία πού είτε λάμπει στο στερέωμα από τον ήλιο, είτε τρεμοσβήνει ερχόμενο από τα άστρα, είτε ξεχύνεται από τα πυροτεχνήματα σε χιλιάδες χρώματα, είτε σπινθηρίζει από μια πυγολαμπίδα, είτε, είτε, είτε … θεωρούμε ότι είναι μια μορφή ενέργειας, μια οντότητα πού έχει ιδιότητες σωματιδίου, προκειμένου να εξηγήσουμε κάποια φαινόμενα, τίς αλληλεπιδράσεις του π.χ. με την ύλη, και ιδιότητες κύματος προκειμένου να εξηγήσουμε άλλα φαινόμενα, όπως π.χ. η περίθλαση. Αν στο μέλλον παρατηρηθούν νέα φαινόμενα, ίσως για να ερμηνευθούν να απαιτηθεί πλήρης αναμόρφωση των απόψεων μας περί της φύσεως του φωτός. Ήδη άρχισε να ξαναγίνεται λόγος για την ύπαρξη του αιθέρα…
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου