رسالة في الضوء

في الفصل الأول، يصف هيغنز الضوء بأنه اضطراب ينتقل في وسط مادي ذي طبيعة مجهولة يسميه الأثيري، وهو يختلف عن الوسط الذي ينقل الصوت. تتكون هذه المادة الأثيرية من جسيمات مرنة تتصادم وفقًا لقوانين اكتشفها عام 1669.

يرى هيغنز أن بنية المادة ذرية، تتكون من مجموعة من الجسيمات "التي تتلامس دون أن تُشكّل مادة صلبة متصلة". ^{[ 11 ]} ولذلك، يمكن لموجات الضوء أن تنتقل من جسيم إلى آخر دون أن تُزاح هذه الجسيمات. وثمة منظور آخر لمسألة الانتشار، وهو اعتبار أن جسيمات المادة الأثيرية هي التي تنقل الضوء، وليست جسيمات الوسط الشفاف (أو حتى الفراغ، كما يتضح من مرور الضوء عبر الجزء العلوي من بارومتر توريتشيلي ). ^{[ 11 ]} وأخيرًا، يتناول هيغنز نوعًا ثالثًا من انتشار الضوء، وهو مزيج من النوعين الأولين.

من المفاهيم الأخرى التي نوقشت في الفصل الأول سرعة الضوء ، حيث استند هيغنز في البداية إلى المفهوم الزمني لبيير دي فيرما . ويرى أن "الاهتزاز" الذي يُنتج موجات الضوء يتحرك بالضرورة بسرعة محدودة، حتى وإن كانت عالية جدًا. وتكتسب هذه النقطة أهمية بالغة لأن براهينها تستند إلى تكافؤ أزمنة انتقال الضوء عبر مسارات مختلفة. ^{[ 6 ] [ 7 ]} ويشير هيغنز إلى رسالة من أولي كريستنسن رومر ، مؤرخة عام 1677، حيث ذُكر أن سرعة الضوء أسرع من سرعة الصوت بما لا يقل عن 100,000 مرة، وربما أعلى منها بست مرات. وفي الحالة الأخيرة، كانت السرعة التي وجدها رومر (214,000 كم/ث ) من نفس رتبة مقدار سرعة الضوء المُعترف بها اليوم. ^{[ 5 ]}

بعد ملاحظاته حول وسط الانتشار وسرعة الضوء، يقدم هيغنز رسمًا هندسيًا لجبهة الموجة ، وهو أساس ما عُرف بمبدأ هيغنز. ويُعدّ مبدأ الانتشار هذا برهانًا على كيفية انبعاث موجة ضوئية (أو بالأحرى نبضة) من نقطة ما، مما ينتج عنه موجات أصغر: ^{[ 12 ]}

...كل موجة من هذه الموجات يمكن أن تكون ضعيفة للغاية فقط بالمقارنة مع [الموجة الأساسية]، التي تساهم جميع الموجات الأخرى في تكوينها من خلال الجزء من سطحها الأبعد عن [أصل الموجة].

هذا يعني أن كل جسيم في الأثير هو مصدر لجبهة موجية جديدة، وعلى الرغم من أن هيغنز وصف هذه "الموجات الثانوية" بأنها "ضعيفة"، فإن النقاط على كل موجة تشكل مجتمعة الموجة الأولية المرئية كضوء. ^{[ 12 ]} إذن، الجبهة الموجية الجديدة هي السطح المماسي لجميع الموجات الثانوية في اتجاه الانتشار. ^{[ 13 ]}

يُعدّ بناء هذه الموجات الثانوية رياضيًا أمرًا بالغ الأهمية في تحليل هيغنز، إذ يسمح ذلك بالرجوع إلى الموجات الثانوية لبناء موجة أولية قطعت مسافة معينة. هذا هو المبدأ الذي تقوم عليه نظرية هيغنز الكاملة للضوء، وهو ما يميزها عن نظريات أسلافه. ^{[ 10 ]}

يتناول الفصل الثاني الانعكاس بإيجاز، بينما يستكشف الفصلان الثالث والرابع الانكسار. ويشرح هيغنز بدقة الاختلافات بين الأوساط الشفافة والمعتمة من حيث تركيبها الجزيئي، ويتناول على وجه التحديد الانكسار الجوي . ^{[ 12 ]}

يتناول الفصل الخامس الانكسار الغريب لبلورة أيسلندا. يقطع هيغنز قطعة من البلورة ويدرس هندسة انتشار الضوء داخلها، ثم يرشد القارئ عبر سلسلة من التحقيقات التجريبية خطوة بخطوة. يعتمد تفسيره للانكسار الغريب على خصائص الشعاع العادي والشعاع غير العادي. يتميز الشعاع العادي بجبهة موجية كروية الشكل نظرًا لثبات معامل انكساره ، وهو مستقل عن اتجاه الانتشار داخل البلورة، وله نفس السرعة في جميع الاتجاهات. أما الشعاع غير العادي، فيتميز بجبهة موجية بيضاوية الشكل نظرًا لتغير معامل انكساره بتغير اتجاه الانتشار داخل البلورة، مما يؤدي إلى سرعات مختلفة في الاتجاهات المختلفة. ^{[ 14 ]} وبالتالي، عندما ينتقل الضوء عبر البلورة، ينقسم إلى سطحين موجيين يسلكان مسارين مختلفين داخلها، مما ينتج عنه شعاعان منكسران.

كان الهدف من سلسلة التحقيقات التدريجية التالية هو تأكيد تفسير هيغنز للانكسار الغريب. وقد جاءت هذه التحقيقات استجابةً لاعتراضات مبكرة من رومر، وتُعدّ من الأمثلة النادرة في أعمال هيغنز التي قدّم فيها تفاصيل دقيقة حول التجارب. ^{[ 4 ]} استخدم هيغنز هذه الموارد الرياضية والتجريبية لتحقيق نتائج مبهرة، بعضها ظلّ عصياً على التحقق حتى مطلع القرن التاسع عشر. ^{[ 15 ]}

يختتم الفصل السادس من الكتاب بمناقشة حول الانكسار والانعكاس في الأجسام الشفافة. ^{[ 12 ]}