تفسير ظاهرة السراب
هل قضيت قبل ذلك يوما في الصحراء كرحلة تخييم مع أصدقاءك وعائلتك ، أو سافرت على الطريق في السيارة خلال النهار من يوم مشمس وحار للغاية ، وقد لاحظت وجود الماء على الطريق من مسافات بعيدة وعندما اقتربت لم تجد لذلك الماء أي أثر ولم تستطع التفسير ، تلك هي ظاهرة السراب .
متى يظهر السراب
السراب في علم البصريات هو المظهر الخادع لكائن بعيد ، أو أشياء ناتجة عن ثني أشعة الضوء بسبب الانكسار الذي يحدث للضوء في طبقات من الهواء بكثافة متفاوتة .
في ظل ظروف معينة مثل امتداد رصيف أو هواء صحراوي كان سطحه ساخنا للغاية بسبب أشعة الشمس الشديدة ، فإن الهواء يبرد بسرعة مع الارتفاع وبالتالي يزيد في الكثافة وقوة الانكسار .
سيتم توجيه ضوء الشمس المنعكس للأسفل من الجزء العلوي من جسم ما ، على سبيل المثال أعلى جمل في الصحراء عبر الهواء البارد بالطريقة العادية ، على الرغم من أن الضوء لن يرى عادة بسبب الزاوية المنكسرة ، إلا أنه ينحني للأعلى بعد أن يدخل الهواء الساخن الغريب بالقرب من الأرض .
على هذا الأساس ينكسر لعين المراقب كما لو كان قد نشأ تحت السطح الساخن ، تظهر أيضا صورة مباشرة للجمل ، لأن بعض الأشعة المنعكسة تدخل العين بخط مستقيم دون التأثر بذلك الانكسار .
يبدو أن الصورة المزدوجة هي صورة الجمل وانعكاسها رأسا على عقب في الماء ، عندما تكون السماء هي وجه السراب ، فإن الرؤية على الأرض تكون مشوشة بسبب تخيل وجود بحيرة أو سطح أملس من الماء .
علل حدوث ظاهرة السراب
لفهم كيف تتشكل السراب يجب على المرء أولا أن يفهم التفسير العلمي لتلك الظاهرة ، وذلك من خلال معرفة كيف ينتقل الضوء عبر الهواء ، إذا كان الهواء بنفس درجة الحرارة فإن الضوء البارد أو الساخن ينتقل بسهولة وبصورة طبيعية خلال خط مستقيم .
إذا كان هناك تدرج ثابت في درجة الحرارة ، فسوف يتبع الضوء مسار منحني نحو الهواء البارد ، التفسير القياسي لفيزياء المبتدئ لهذه الظاهرة هو أن الهواء البارد يحتوي على مؤشر انكسار أعلى من الهواء الدافئ .
نتيجة لذلك تنتقل الفوتونات وهي جزيئات الضوء عبر الهواء الساخن بشكل أسرع مما تستطيع من خلال الهواء البارد ، لأن الهواء الساخن أقل كثافة بكثير .
تفسير الديناميكا الكهربائية الكمية لتلك الحالة هو أن الفوتونات ، تأخذ دائما مسار الحد الأدنى من الوقت عند السفر من نقطة إلى أخرى ، من أجل الانتقال من نقطة إلى أخرى في أقل وقت ، ستتخذ الفوتونات مسارات أقل أو مسافات أصغر ، وذلك على الرغم من أن طول المسار منحني ويغطي مسافة أطول من المسار المباشر بكثير .
يعتبر السراب هو نتيجة مباشرة للفوتونات التي تأخذ مسار الحد الأدنى أو المسافة الأصغر من الوقت في التدرجات الحرارية العمودية للهواء .
لا تزال الظروف المثالية للسراب يتم بثها في يوم مشمس حار على سطح مستوي يمتص طاقة الشمس ويصبح ساخن للغاية ، عند وجود هذه الظروف يكون الهواء الأقرب إلى السطح أكثر سخونة وأقل كثافة وتزداد كثافة الهواء مع الارتفاع .
تأخذ الفوتونات تلك مسار منحني من السماء إلى عين الرائي ، ثم يأتي هذا الوهم من حقيقة أن الديناميكا الكهربية الكمية للضوء بديهية وطبيعية ، وأن الدماغ البشري يفترض أن الضوء ينتقل في خط مستقيم .
أحد المشاهدين الذين ينظرون على سبيل المثال على الطريق المسطح وإلى الأمام في يوم حار ، سيرى السماء بشكل منعكس ؛ لأن فوتونات السماء تأخذ المسار المنحني الذي يقلل من الوقت المستغرق .
يفسر المخ هذا على أنه ماء على الطريق لأن الماء سيعكس الضوء من السماء بالطريقة نفسها التي يحدث بها التدرج في درجة الحرارة الرأسية للهواء ، تعتبر ظاهرة السراب واحدة من الظواهر العلمية المذهلة مثلها الشفق الطبي .
تجربة لاثبات ظاهرة السراب
يمكن أن نوضح لك تلك الظاهرة عن طريق تجربة بسيطة ، وذلك عن طريق توضيح الطريقة التي ينحني بها شعاع الضوء في التدرج في الكثافة الرأسية بسبب اختلاف درجات الحرارة .
قم بملء خزان زجاجي طويل بالماء ، ومن ثم قم بإذابة السكر في الماء ، وثم قم بتسليط أشعة الليزر في نهاية واحدة على الخزان .
سيؤدي التدرج العمودي الناتج عن تركيز السكر إلى ثني الحزمة الضوئية الموجهة ، إذا كان الخزان طويلً بدرجة كافية فقم بوضع مرآة على الجزء السفلي للإناء ، سترتد الحزمة الضوئية على طول الجزء السفلي من الخزان على الفور .
