إجابة سؤال: تتساوى سرعة الضوء وسرعة موجات الراديو بالرغم من اختلاف ترددها؟
- الجواب: نعم، تتساوى سرعة الضوء وسرعة موجات الراديو في الفراغ، لأن كليهما موجات كهرومغناطيسية تسير بنفس السرعة، وهي حوالي 299,792 كيلومتر في الثانية، رغم أن لكل منهما تردد وطول موجي مختلف.
شرح الإجابة:
الضوء وموجات الراديو نوعان من الإشعاع الكهرومغناطيسي، وهما جزء من طيف كبير يسمى الطيف الكهرومغناطيسي. في هذا الطيف، تختلف الموجات من حيث التردد والطول الموجي، لكن هناك شيء واحد لا يتغير أبدًا في الفراغ: السرعة. هذه السرعة هي نفسها لجميع هذه الموجات، سواء كانت موجات راديوية، ضوء مرئي، أشعة سينية، أو حتى أشعة غاما.
السبب بسيط لكنه عميق فيزيائيًا. كل موجة كهرومغناطيسية، مهما كان نوعها، تنتقل في الفراغ بنفس السرعة، لأن هذه السرعة لا تعتمد على التردد أو الطول الموجي، بل تعتمد فقط على خصائص الفراغ نفسه. الفراغ ليس فارغًا تمامًا، بل له خصائص كهربائية ومغناطيسية تُعرف بـ"ثابت السماحية" و"ثابت النفاذية"، وهما المسؤولان عن تحديد سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية فيه. هذا ما يجعل سرعة الضوء في الفراغ تساوي دائمًا نفس القيمة الثابتة.
ومع أن موجات الراديو لها تردد منخفض وطول موجي طويل، بينما الضوء له تردد أعلى وطول موجي أقصر بكثير، إلا أن العلاقة الرياضية بين التردد والطول الموجي والسرعة تضمن أن الناتج دائمًا هو نفس السرعة:
السرعة = التردد × الطول الموجي
فكلما زاد التردد، قصر الطول الموجي، والعكس صحيح، بحيث تبقى السرعة ثابتة.
لفهم هذا بطريقة أبسط، تخيل أن هناك طريقًا واحدًا طويلًا تمشي فيه أنواع مختلفة من الناس. بعضهم يخطو خطوات طويلة ببطء، والبعض الآخر يخطو خطوات قصيرة بسرعة، لكن في النهاية، كلهم يصلون إلى النقطة التالية بنفس الوقت، لأنهم يتبعون نفس السرعة النهائية.
هذا المفهوم مهم جدًا في العلوم الحديثة، لأن اعتماد التكنولوجيا مثل الراديو، الواي فاي، الليزر، وحتى الأقمار الصناعية، كله يقوم على فهم أن جميع هذه الموجات تتشارك في نفس السرعة عند انتقالها في الفراغ.
ومن الجدير بالذكر أن هذه السرعة لا تبقى دائمًا كما هي عندما تدخل الموجات في مواد أخرى، مثل الزجاج أو الماء. عندها تتباطأ الموجات قليلًا بسبب تأثير المادة على خصائصها، ويختلف التباطؤ حسب نوع المادة، لكنه يؤثر على جميع أنواع الموجات بنفس الشكل النسبي.
وبذلك، نستنتج أن الفرق في التردد لا يعني فرقًا في السرعة في الفراغ، بل يغيّر فقط في الطول الموجي. وهذا هو جوهر العلاقة الفيزيائية بين الضوء وموجات الراديو، رغم أن أحدهما نراه بعيوننا (الضوء المرئي)، والآخر نستخدمه لنقل المعلومات (موجات الراديو)، إلا أن الفيزياء تجمعهما تحت قانون واحد لا يتغير.
وهذا ما يجعل العلم جميلًا: أن تتنوع الظواهر، لكن تتوحد القوانين.