الضوء هو الحياة - فيبول راستوجي –
ترجمة روضة السالمي- مراجعة الدكتور مجدي سيد
لا يمكننا تخيّل الحياة من دون ضوء.
فهو يرافقنا في كلّ أنشطتنا اليومية، منذ أشعة الشمس الأولى صباحا وحتى نور
المصابيح ليلا. هنالك ثلاثة مصادر مهمة للضوء في الحياة العصرية، وهي شديدة
التأثير على حياتنا، إنها الشمس، والصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED)،
وأشعة الليزر. مصادر النور هذه تعترضنا دائما بشكل أو بآخر.
الشمس، من دون شك، هي أهم هذه
المصادر. إنها مصدرنا الثابت للطاقة. وهي من أهم العوامل التي تؤثر على طريقة
الحياة المنتشرة على الأرض. بدءا من عملية التركيب الضوئي المسؤولة عن تغذية
النباتات، إلى قدرتنا على رؤية العالم الجميل من حولنا، وعلى إيجادنا لمتطلباتنا
من الطاقة، فالشمس إذا محورية في حياتنا.
لقد حدثت، في السنوات الأخيرة،
تطورات مذهلة في ما يتعلّق بمجال الطاقة الشمسية الضوئية، من ذلك عملية تحويل
الضوء إلى طاقة كهربائية باستعمال مواد متعدّدة. وقريبا سيتمّ تعويض ألواح الشمس
التقليدية والضخمة برقائق الخلايا الشمسية المصنوعة من مادة البوليمار المرنة. فقد
بات من الممكن الآن إضافة هذه الخلايا إلى سيارتك للحصول على الكهرباء وأنت تقودها
تحت الشمس. كما أصبح من الممكن الحصول على
الكهرباء من خلال إطار نافذة غرفتك فيما تستمتع بقراءة صحيفتك على ضوء الشمس.
وتبقى الشمس - مع تسارع استنفاذ الطاقة المستخرجة من مصادر النفط - المصدر الوحيد
للطاقة النظيفة التي يمكنها أن تفي بمتطلبات أجيالنا القادمة.
المصدر الثاني المهم للطاقة في
قائمتي هو الصمام الثنائي الباعث للضوء (بالإنجليزية: light-emitting
diode أو
مختصرا LED). لا ينير هذا المصدر الصغير للضوء عالمنا فقط، وإنما يصنع شاشات
عرض عالية الدقة لهواتفنا الذكية، وأجهزة كمبيوتراتنا، وأجهزة تلفزيوناتنا.
فبعد غروب الشمس، قد تكون الصمامات
الثنائية الباعثة للضوء، هي أكثر مصادر الضوء المنتشرة حولنا، إذ نجدها في
المؤشرات على الأجهزة الإلكترونية، وفي إشارات المرور، وفي أجهزة التحكم عن بعد،
وفي الألعاب، أو حتى في العناصر الزخرفية. لقد أصبحت الصمامات الثنائية الباعثة
للضوء - بفضل تطوّرها العضوي - أكثر نجاعة ومرونة، وسريعا ما عوّضت مصابيح الإضاءة
الفلوريسنت (التي تعتمد في إضاءتها على التفريغ التألقي) وصنعت شاشات عرض عالية
الدقة. ولا عجب من أن يحصل ابتكار صمامات ثنائية باعثة للضوء الأزرق - المهمة لصنع
الضوء الأبيض - على جائزة نوبل للفيزياء لسنة 2014.
المصدر المهم الثالث للضوء والذي
يؤثر على حياتنا هو أشعة الليزر (LASER مختصر: Light
Amplification by Stimulated Emission of Radiation أي تضخيم الضوء بانبعاث الإشعاع المحفز). فمنذ
أن تمّ اختراعه سنة 1960، فتح هذا الضوء - شديد التماسك والمتميّز بقوّته
وبإمكانية توجيهه - الباب أمام بروز فروع جديدة في العلوم والهندسة. ويعود الفضل
إلى أشعة الليزر في التقدّم الذي عرفه مجال البصريات غير الخطية (يرمز لها NLO
من Nonlinear optics)، والصور التجسيمية (أو الذواكر الهولوغرافية holography)،
ودقّة القطع، واللحام والحفر، ومعدّات الدفاع الموجّهة بالليزر، وبقدر أكثر أهمّية
الاتصالات البصرية.
بات من الممكن اليوم لأشعة الضوء -
عندما تمرّ عبر البلوّر - أن تغيّر لونها من الأحمر إلى الأزرق، كما يمكن رسم شكل
ثلاثي الأبعاد في الفضاء، وقراءة البيانات أو كتابتها على قرص مضغوط، وتوجيه قذيفة
بواسطة شعاع الليزر، وحفر ثقوب بالغة الصغر فوق صفائح معدنية سميكة، وصهر نواة
لتوليد الطاقة النووية، وإرسال صور ومقاطع فيديو إلى أصحابنا البعيدين عنا آلاف
الأميال، كلّ ذلك بفضل التقدّم المسجّل في مجال الليزر. بالفعل، لقد جعلت هذه
الأشعة العالم قرية صغيرة بفضل الاتصالات البصرية.
ولا غرو أن يعتبر التواصل رابع أهمّ
احتياج أساسي للإنسان ويأتي بعد الغذاء، والسكن، واللباس. لقد جعلت الاتصالات
البصرية تبادل المعلومات سريعا جدا.
تركب الأصوات والبيانات ومقاطع
الفيديو والإنترنت على الضوء المنبثق عن ليزر أشباه الموصلات (Semiconductor laser ويطلق عليه أحياناً ليزر الديود أو ليزر الصمام الثنائي)، وتسافر
آلاف الأميال من خلال الألياف البصرية الأرق من شعرة في معدل غير مسبوق لتصل إلى
زملائنا، وأصدقائنا، وعائلاتنا. وحتى هذه المدونة فإنها تصلكم عبر الضوء.
فعلا لا يمكن تخيّل الحياة من دون ضوء.
---
فيبول راستوجي Vipul
Rastogi
هو أستاذ مشارك في قسم الفيزياء في
المعهد الهندي للتكنولوجيا بـ "روركي Roorkee" بالهند. يركّز في
بحوثه الحالية على تصاميم الألياف البصرية بغرض تطوير أشعة ليزر عالية الطاقة،
وعلى الاتصالات البصرية ومعدل البيانات العالية، وأجهزة استشعار الألياف الضوئية،
والأجهزة البصرية الإلكترونية. وقد نشر أكثر من 130 ورقة بحثية في العديد من
المجلاّت العلمية المحكّمة والمحاضرات. والسيد فيبول راستوجي هو من كبار الأعضاء
في الجمعية البصرية الأمريكية، وعضو مدى الحياة في الجمعية الهندية لليزر، وزميل
في الجمعية البصرية الهند. وقد كرمه المعهد الهندي للتكنولوجيا في روركي Roorkee سنة 2011 بجائزة الأستاذ
المتميز.
Light is Life - Vipul Rastogi
We cannot imagine our life without
light. From the first ray of Sun in the morning to the lamp in the night, light
accompany us in all the activities. In modern life, three most important
sources of light, which I think make major impact on life are the Sun, the
light emitting diode (LED) and the laser. We always come across these sources
in one way or the other.
The Sun is undoubtedly the most
important one. It is a constant source of energy for us. It is the most
important factor that influenced the way life evolved on Earth. From
photosynthesis, which is responsible for making food in plants to the beautiful
world we see and to meeting our energy requirements, the Sun is pivotal to our
life. In recent years there has been tremendous advancement in the area of
solar photovoltaic, a process which converts light into electrical energy
through a variety of materials. Traditional bulky solar panels are soon going
to be replaced by flexible thin film polymer solar cells. Now these cells can
also be coated on your car and generate electricity while you drive in the Sun.
You can simultaneously get electricity from the window pane of your room while
you read a newspaper in sunlight. With petroleum energy sources getting
exhausted rapidly, solar energy is the only clean energy option that can meet
the energy requirements of our future generations.
Second important light source on my
list is the LED. This tiny source of light is not only lighting up our world in
a big way but also creating high resolution display screens for our
smartphones, computers, and televisions. After the Sun sets down, LEDs are
probably the most seen source of light around us, be it in indicators in
electronic devices, in traffic signal lights, remote controls, toys, or
decorative items. Advancements in organic LEDs have made it quite efficient and
flexible too. White LED lamps are replacing fluorescent tube lights rapidly and
white LEDs are creating high resolution display screens. No wonder the Nobel
Prize in Physics 2014 went to the blue LED, which was crucial to create white
light.
Third most important source of light
that influenced our lives is laser. Soon after its invention in 1960, this
highly coherent, directional and powerful source of light brought revolution
and gave birth to several new branches of science and engineering. Advancements
in nonlinear optics, holography, precision cutting, welding and drilling,
laser-guided defense equipments, and most importantly optical telecommunication
could be possible only because of the laser. Today, color of light when passing
through a crystal can be changed from red to blue, a 3D image of an object can
be created in space, data can be read from and written to a compact disc,
missiles can be guided by laser beam, very fine tiny holes can be drilled in
thick metal sheets, nuclei can be fused to generate nuclear power, pictures and
video can be shared with our friends thousands of miles away, thanks to
advancements in lasers. Lasers have made our world very small through optical
telecommunication. Communication is our fourth most important basic need after
food, shelter and clothing. Optical telecommunication has made the flow of
information considerably fast. Voice, video and internet data ride on light
from a laser diode and travel thousands of miles through hair-thin optical
fiber at unprecedented rate to reach our colleague, friends and family. This
blog is also reaching you through light. Indeed, life without light is
unimaginable.
Vipul Rastogi is an Associate
Professor in the Department of Physics at Indian Institute of Technology
Roorkee, India. His current research interests are optical fiber designs for
high power lasers and high data rate optical communication, optical fiber
sensors, and optoelectronic devices. He has published over 130 research papers
in refereed journals and conferences. He is a Senior Member of Optical Society
of America, Life Member of Indian Laser Association and Fellow of Optical
Society of India. IIT Roorkee honored him with an Outstanding Teacher Award in
the year 2011.
