Η ιδιοφυία του φωτός

Σύμφωνα με απόφαση του οργανισμού των ηνωμένων εθνών, το 2015 ανακηρύχτηκε επίσημα, ως διεθνές έτος για το φως και τις τεχνολογίες γύρω από. Με στόχο να αναδειχθεί έτσι, ο σημαντικός ρόλος που αυτές παίζουν και μπορεί να παίξουν ακόμη περισσότερο, σε διάφορες ανθρώπινες δραστηριότητες όπως είναι η ενέργεια, η εκπαίδευση, η υγεία  η γεωργία κλπ. Με αφορμή λοιπόν τη σημαντική αυτή ανακήρυξη, στο κείμενο που ακολουθεί, γίνεται μια προσπάθεια να γίνει καλύτερα κατονοητή  αυτή τη μοναδική οντότητα της φύσης, το  φως.

Τουλάχιστον αυτό που οι περισσότεροι  άνθρωποι αντιλαμβάνονται με την όραση  ως φως, είναι ένα μικρό τμήμα της λεγόμενης ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, η ταυτόχρονη δηλαδή παραγωγή και διάδοση στο χώρο ενός μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου, είναι ένα από τα πιο αξιοθαύμαστα δημιουργήματα στον κόσμο μας.  Ανάλογα με τον τρόπο που παράγεται  και με τη συχνότητα με την οποία μεταβάλλονται τα δύο πεδία, δηλαδή το μαγνητικό και το ηλεκτρικό, την αντιλαμβανόμαστε με διαφορετικό τρόπο.

Για παράδειγμα σε χαμηλές και πολύ μικρές συχνότητες τη  γνωρίζουμε  ως ραδιοκύματα με εφαρμογές κύρια στις επικοινωνίες. Με λίγο μεγαλύτερες συχνότητες είναι το γνωστό μας ορατό φως με το οποίο αντιλαμβανόμαστε τα χρώματα και εν γένει βλέπουμε τον κόσμο που μας περιβάλλει. Ενώ σε πολύ μεγαλύτερες συχνότητες συναντούμε ακτινοβολίες όπως τις υπεριώδεις , τις  ακτίνες Χ και τέλος τις ακτίνες γ. Όσο βέβαια μεγαλύτερη είναι η συχνότητα της ακτινοβολίας τόσο πιο επικίνδυνη για τον άνθρωπο είναι. Στην εικόνα που ακολουθεί φαίνεται το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα με όλες τις επιμέρους υποκατηγορίες του.

Το ορατό φως λοιπόν μαζί με τα υπόλοιπα μέλη του λεγόμενου ηλεκτρομαγνητικού φάσματος έχει μερικές από τις πιο μοναδικές ιδιότητες που μέχρι στιγμής γνωρίζουμε για τον κόσμο μας. Για παράδειγμα μπορεί και ταξιδεύει ανάμεσα μας με τη μεγαλύτερη ταχύτητα (περίπου 300.000 Km/sec) στο σύμπαν και μάλιστα με  τη ξεχωριστή ιδιότητα να μπορεί να κινείται και στο απόλυτο κενό χωρίς να απαιτεί για τη διάδοση του κάποιο μέσο διάδοσης. Το ίδιο μπορεί και αναπαράγεται και να ταξιδεύει σε τεράστιες αποστάσεις ώστε  να είμαστε σε θέση να θαυμάζουμε στο νυχτερινό ουρανό το φως πολύ μακρινών αστεριών και γαλαξιών.   

Είναι δε και ξεχωριστό και στο εξής, στη λεγόμενη διπλή του  φύση. Σήμερα γνωρίζουμε ή καλύτερα του αποδίδουμε ότι άλλοτε φαίνεται να συμπεριφέρεται με κυματικές ιδιότητες (π.χ. βλ. φαινόμενα όπως ανάκλαση, διάθλαση κλπ ) και άλλοτε με σωματιδιακές ιδιότητες ( π.χ φωτοηλεκτρικό φαινόμενο) να μεταφέρει πακέτα ενέργειας, τα γνωστά μας φωτόνια.

Αφήσαμε  για το τέλος την πιο ξεχωριστή ίσως ιδιότητα του, την πιο ιδιοφυή θα λέγαμε. Το φως  κατά την μετακίνηση του από ένα σημείο σε κάποιο άλλο, επιλέγει τη διαδρομή που θα ακολουθήσει έτσι ώστε να κινηθεί  στον ελάχιστο χρόνο. Αυτή είναι η περίφημη αρχή του Fermat (Φερμά)  ή αρχή του ελαχίστου χρόνου. Για πρώτη φορά  διατυπώθηκε από τον μαθηματικό Πιέρ ντε Φερμά  με τη σύγχρονη διατύπωση της  (Pierre de Fermat) την πρωτοχρονιά του 1662. Μια σειρά από κυματικά φαινόμενα  εξελίσσονται ως συνέπεια της αρχής αυτής , με πρώτα και καλύτερα τα φαινόμενα της ανάκλασης και της διάθλασης.

Ένα καλό οπτικό σύστημα είναι αυτό που καταφέρνει να απεικονίσει όλες τις ακτίνες στο ίδιο σημείο.  Θα πρέπει δηλαδή όλες οι ακτίνες που διέρχονται από το  εσωτερικό του να διανύουν το ίδιο οπτικό δρόμο. Και ένα τέτοιο οπτικό σύστημα είναι ένα φακός, που το γεωμετρικό του σχήμα του θα πρέπει  να υλοποιεί σε μεγάλο βαθμό την απαίτηση περί ελαχίστου οπτικού δρόμου. Από τα μαθηματικά γνωρίζουμε  ότι τέτοια σχήματα μπορεί είναι ελλείψεις, παραβολές κ.α.  Πόσο τυχαίο μπορεί λοιπόν να είναι, το σχήμα του πιο σύνθετου και πιο πολύπλοκου οπτικού συστήματος που έχουμε πάνω μας, δηλαδή του  φακού στο μάτι μας.

Ο Θεός έπλασε με σοφία τόσο το φως για να κινείται και να μεταφέρει  ακαριαία πληροφορίες μεταξύ των σημείων της δημιουργίας , φρόντισε όμως και οι αποδέκτες αυτών των σημάτων να είναι κατασκευασμένοι ανάλογα για να καταγράφουν σωστά τις πληροφορίες που μεταφέρονται από το φως σε κάθε μήκος και πλάτος της δημιουργίας.