السبت.. إحياء اليوم العالمي للضوء

تحيي منظمة اليونسكو، يوم السبت المقبل، اليوم الدولي للضوء 2020 تحت شعار "فلنتحد معًا لمشاركة دور الضوء في حياتنا" حيث يلعب الضوء دورًا محوريًا في حياتنا، إذ يعتبر ومن خلال عملية التمثيل الضوئي جوهر وأصل الحياة نفسها.

ويحتفل اليوم الدولي للضوء بالدور الذي يلعبه الضوء بالعلوم والثقافة والفن والتعليم والتنمية المستدامة وفي حقول مختلفة، مثل الطب والاتصالات والطاقة، والتي ستمكن قطاعات مختلفة وكثيرة على نطاق كافة أرجاء العالم من المشاركة بالنشاطات التي تبين كيف لكل من العلوم والتكنولوجيا والفن والثقافة أن تحقق أهداف (اليونسكو) الرامية إلى وضع حجر الأساس لإنشاء مجتمعات يعمها السلام.

ويجري الاحتفال باليوم العالمي للضوء في 16 مايو من كل عام، أي في الذكرى السنوية لأول عملية ناجحة تمت باستخدام الليزر في 1960 من قبل الفيزيائي والمهندس ثيودور مايمن.. وأن هذا اليوم هو بمثابة نداء لتقوية التعاون العلمي وتسخير إمكانياته من أجل تعزيز السلام والتنمية المستدامة.
ويصادف هذا العام الذكرى الـ60 لذلك الحدث، حيث يعترف اليوم الدولي للضوء بأول عملية ناجحة لليزر في عام 1960 من قبل الفيزيائي والمهندس تيودور ميمان.

وتعريف أشعة الليزر، هي أشعة ضوئية ضيقة للغاية، عالية الطاقة، شديدة التماسك زمانيًا ومكانيًا، ولها أطوال موجية متشابهة جدًا (أُحادية اللّون) وتكون فوتوناتها متساوية في التردد ومتطابقة الطور الموجي، ممكن أن تكون مرئية أو غير مرئية، ويتم إنتاجها من مصادر غير طبيعية (جهاز إلكتروني بصري) عن طريق ضخ أو تضخيم الفوتونات بطاقة أعلى عن طريق التصادم مع فوتونات أخرى وتختلف تماما عن المصابيح الكهربائية أو الفلاش.

ويمكن لأشعة الليزر حمل كميات كبيرة من الطاقة تقدر بحوالي 100 مليون واط لكل سنتيمتر مربع وأكثر، كما أن لها القدرة على الانتقال لمسافات شاسعة دون أن تتشتت، وذلك وبسبب طاقتها العالية وتركيزها القوي وزاوية انفراجها الصغيرة جدًا. وينتقل الضوء على شكل أمواج والمسافة بين قمم هذه الأمواج تسمى الطول الموجي، وتنتقل موجات الليزر مع قممها إما سويا أو على مراحل وهذا الذي يوضح لماذا تكون أشعة الليزر ضيقة جدًا وموجهة ويمكن تركيزها على بقع صغيرة جدًا.

وهناك أنواع مختلفة لأشعة الليزر، ولكنها جميعا تشترك في شيء واحد؛ وهو أنها تعمل من خلال عملية الانبعاث المحفز، أي تحفيز الإلكترونات الموجودة في المواد إلى مستويات طاقة أعلى داخل الذرة ثم الانخفاض إلى مستويات طاقة أقل، وهذا ما يؤدي إلى انبعاث الفوتونات التي يكون لها نفس الطاقة ونفس الطول الموجي.

وكلمة ليزر، هي اختصار لعبارة تضخيم الضوء عن طريق تحفيز انبعاث الإشعاع؛ أي يتم تصنيف الأشعة اللّيزرية ضمن أربع مجموعات: وتبدأ المجموعة الأولى من أضعف أنواع أشعة اللّيزر، وهي الآمنة للعين وتصنف على أنها من الدرجة الأولى، حتى نصل إلى المجموعة الرابعة التي تصنف على أنها أقوى أنواع أشعة الليزر في العالم والتي يمكنها أن تشعل النار.

وأول ليزر تم تطويره كان (المازر)، وهو يشبه إلى حد كبير جهاز الليزر حاليًا من حيث تحفيز الانبعاث، ولكن الضوء المنبعث منه ليس ضوءًا مرئيًا وإنما إشعاع موجات صغرية، أي أنه يعمل على تضخيم الموجات الصغرية من خلال الانبعاث المحفز.

وكان للعالم "ألبرت أينشتاين" دور في اكتشاف الليزر، وذلك بفضل نظريته الخاصة بالانبعاثات المحفزة، فمؤشرات اللّيزر الخضراء (Diode) تبدأ فعليًا كأشعة ليزر ما تحت الحمراء؛ حيث تمر بعد ذلك بشيء يسمى مضاعف التردد الذي يضاعف تردد الإشعاع تحت الأحمر ويحوله إلى ضوء أخضر.
وأصبحت أشعة الليزر تلعب دورا محوريا في حياتنا اليومية.. حيث إننا نراها في مجموعات مذهلة من التقنيات والمنتجات المفيدة والعملية، ومن أبرز المجالات التي يتم فيها استخدام هذه الأشعة:

أولا في التطبيقات الصناعية: إن لليزر العديد من الاستخدامات في الأدوات الدقيقة التي تستخدم في القطع (مثل قطع الألماس أو المعادن السميكة) واللحام المعدني، والمواد المعالجة حراريا، ولقد تم استخدامها للمصابيح الأمامية في السيارات الفاخرة، وذلك باستخدام الليزر الأزرق والفوسفور لإنتاج ضوء أبيض ساطع.

ثانيًا في التطبيقات الطبية: العمليات الجراحية الدقيقة والحساسة، كالاستئصال الجراحي للأنسجة دون دماء، وقف النزيف في الأنسجة الغنية بالدم؛ وكي الجروح؛ وفي أدوات تسلسل الحمض النووي؛ وكذلك الاتصال البصري بالألياف البصرية؛ وعلاجات الجلد كتبييض علامات الولادة الحمراء الداكنة وأنواع معينة من الوشم، فضلًا عن إزالة الشعر والتجاعيد؛ والعمليات الجراحية خاصة في العين؛ وتفتيت حصى الكلى، حيث تقسم طاقة الليزر الحصى في الكلى إلى أجزاء صغيرة بما يكفي للمرور عبر المجرى البولي دون الحاجة إلى شق جراحي؛ وطب الأسنان.

ثالثا في تطوير المنتجات التجارية: مثل الطابعات الليزرية؛ ومشغلات الأقراص المدمجة دي في دي ( DVD)؛ وماسحات الباركود؛ والصور المجسمة ( الهولوجرام )؛ ويستخدم أيضا في الأجهزة الإلكترونية لتشغيل الأقراص الضوئية وصناعة قطع الكمبيوترات.
رابعا في الاتصالات: إن القدرة على تركيز أشعة الليزر على مناطق صغيرة جدا وتشغيلها وإيقافها ملايين المرات في الثانية يجعل من استخدام اللّيزر في مجال الاتصالات السلّكية واللاسلكية ومعالجة المعلومات أمرا هاما جدا؛ وأيضا في تسجيل واسترجاع المعلومات؛ وحمل الاشارات التليفزيونية والإنترنت.

خامسا في الدفاع: تستطيع أشعة الليزر فائقة القدرات توصيل الطاقة المدمرة إلى الأهداف العسكرية بسرعة الضوء لذلك تستخدم في تمييز الأهداف؛ وتوجيه الذخائر؛ ووسائل الدفاع الصاروخي؛ وكذلك في أجهزة إنفاذ القانون لتحديد الأهداف وقياس السرعة.

سادسًا في أدوات التحليل الطيفي: وذلك لمساعدة العلماء في معرفة المواد التي صنعت منها بعض الأشياء؛ فمثلا إن أحد الأنواع منها يساعد في معرفة أنواع المواد الكيميائية الموجودة في الصخور على المريخ؛ وأيضا لقد استخدمت بعثات ناسا أشعة الليزر لدراسة الغازات في الغلاف الجوي للأرض، وكذلك في الأدوات التي ترسم سطح الكواكب والأقمار والكويكبات؛ وأيضا تم قياس المسافة بين القمر والأرض باستخدام الليزر، وذلك عن طريق قياس الوقت الذي يستغرقه شعاع الليزر للسفر إلى القمر والعودة منه.

وفي إطار مكافحة فيروس كورونا أو "كوفيد -19"، فقد طور الباحثون مستشعر ليزر، يمكنه التقاط فيروس كورونا في أقرب نقطة للعدوى من اللعاب أو مسحة الأنف في دقائق، ولكن يؤكد العلماء أن اختبار اللعاب يمكن أن يكون متاحا في غضون عام.

كما أن جهاز الاستشعار البيولوجي البصري سوف يلتقط فيروس كورونا في البشر بمجرد وجوده في الجسم، ولكن يوضح فريق البحث أن التكنولوجيا لا تزال بحاجة إلى مزيد من التكيف والاختبار، ولكن يمكن أن تكون متاحة في غضون عام على أبعد تقدير.

والجهاز يتم تطويره في الأصل للبحث عن الالتهابات البكتيرية أو المؤشرات الحيوية للسرطان، ويستخدم الكاشف الضوئيات - التكنولوجيا التي تتعامل مع الضوء - لتحديد العدوى في المرضى الذين يعانون من كمية صغيرة من الفيروس.

وأطلق الباحثون على أنفسهم اسم "كونفيت" (CONVAT) ونسقوا في المعهد الكاتالوني لعلم النانو وتكنولوجيا النانو بإسبانيا - وقد اختبر الباحثون على عينات المرضى المقدمة من المستشفيات في إسبانيا. وقد أشارت البروفيسورة " لورا ليتشوغا" منسقة المشروع، إلي أنه مع اصابات الآلاف والوفيات في جميع أنحاء العالم، لذا نحن في حاجة ماسة إلى مجموعة اختبار سريعة جديدة دقيقة وحساسة للغاية وغير جراحية ورخيصة الثمن.
وأضافت ليتشوغا، أنه في الوقت الحاضر، يعد جهاز الكشف الخاص بنا سهل الاستخدام، حيث يعد الإعداد الخبرة الفنية المطلوبة فقط، ويمكن نشره على نطاق واسع للأطباء أو الممرضات لفحص المرضى. وإن جهاز استشعار النانو الخاص بنا قادر على اكتشاف خيوط الحمض النووي الريبي التي ستحدد بشكل كامل الفيروس التاجي الجديد.

في حين ذكر الدكتور "يورغن بوب" رئيس مجموعة عمل الضوئيات 21 للرعاية الصحية، أن فريق كوفيت يعمل على مدار الساعة لتطوير اختبار سريع غير جراحي للفيروسات التاجية.. وأشار إلى أنه ستساهم القدرة على اكتشاف هذا الفيروس الرهيب بسرعة في الجهود العالمية في مكافحة كوفيد- 19، وتسلط الضوء على نجاح آخر للفوتونات وتقنيات الضوء.