أجاب (مورتون تافيل – Morton Tavel) أستاذ الفيزياء في كلية (فاسار – Vassar) قائلًا: «إن مرور الضوء أو أي شكل من أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي من خلال المادة الصلبة هي عملية معقدة لا تعتمد فقط على مرور الضوء الساقط ولكن إعادة إشعاعه عن طريق التركيبة الإلكترونية للمادة الصلبة».
وتفسر التداخلات المعقدة من انعكاسات وانكسارات الضوء السبب في أنه يتحرك ببطء أكثر من خلال المواد الصلبة منه عبر الهواء أو الفراغ. وببساطة، تكون المادة الصلبة شفافةً إذا لم تكن هناك عمليات تعرقل مرور الضوء، إما عن طريق امتصاصه أو بعثرته في اتجاهات أخرى.
في السيليكون النقي هناك عملية امتصاصية قوية جدًا، إذ يتم امتصاص الضوء المرئي الساقط عليه من خلال الإلكترونات التي تنتقل بعد ذلك من مستوى طاقة إلى آخر، ظاهرة معروفة تقنيًا باسم “band-to-band transition”.
الزجاج، كونه ثاني أكسيد السيليكون -وليس السيليكون النقي- فهو لا يحتوي على بنية النطاق الإلكتروني، وبالتالي لا يمتص الضوء كما يفعل السيليكون النقي. ومن ناحية أخرى الرمل أيضًا هو ثاني أكسيد السيليكون، لكنه مليء بالشوائب التي تشتت الضوء نحو الخارج بشكل غير متجانس ولا يملك تلك الشفافية التي يمكن ملاحظتها.
تفسر لنا البنية الإلكترونية للمواد الصلبة السبب في لمعان الفلزات، إذ تغكس الفلزات النقية الضوء ولا تسمح له بالمرور من خلالها، لأنها مليئة بالإلكترونات الحرة. وتقوم هذه الأخيرة بإعادة إشعاع الضوء في اتجاه معاكس للذي وصلت منه (انعكاس)، وتتداخل معه وتمنعه من المرور عبر المادة.
(سوزان مورفري توماس – Susan Murphree Thomas)، الباحثة في الكيمياء غير العضوية في معهد جورجيا للتكنولوجيا وعضو هيئة التدريس مؤقتًا في جامعة ولاية كينيساو، أضافت بعض التفاصيل حول دور التركيب الفيزيائي للمادة في العملية: «تبدو المادة شفافةً عندما لا تمتص الضوء بقوة أو تُحيِّده بقوة».
وفي ما يتعلق بامتصاص المادة الصلبة للضوء أم لا، فعليك أن تثق بما تقوله لك عينيك. أما بالنسبة للحيود فيمكن أن يتأثر بحسب تركيبة المادة؛ المواد التي تبدو متجانسة للعين البشرية تتكون من بلورات دقيقة، إذ تتبع فيها الذرات أو الجزيئات نمطًا منظمًا. وتسمى الحدود بين هذه البلورات (حدود حبيبية – grain boundaries).
إذا كانت المسافة بين الحدود أصغر من أقصر طول موجي للضوء المرئي (بمعنى آخر إذا كان مؤشر الانكسار للمادة موحدًا بالنسبة للضوء الذي يمر من خلالها) فستبدو المادة شفافة. كل الحدود تميل إلى بعثرة الضوء المار عبرها، لكن إذا كانت الحدود صغيرة بما يكفي، فإن موجات الضوء سوف تقفز من فوقها.
والزجاج (الذي يتكون من ثاني أكسيد السيليكون مع بعض الشوائب) ليس صلبًا في الحقيقة، وعلى نحو أكثر دقة يمكن اعتباره سائلًا فائق البرودة، ولا يوجد به حدود حبيبية في داخله، لذلك يبدو شفافًا.
في المقابل، يحتوي ثاني أكسيد السيليكون الصلب (الرمل) على حدود حبيبية واضحة لذلك فهو غير شفاف. ومن الممكن صنع مادة متجانسة بشكل صناعي. إحدى الطرق للقيام بذلك هي ضغط المادة بقوة، كما هو الحال دائمًا مع بروميد البوتاسيوم، وهو مركب يستخدم في المختبرات للتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء.
وتتمثل الطريقة الأخرى بإحداث الكثير من (مواقع النويات- (nucleation sites (المواقع التي ستبدأ البلورات بالتشكل فيها) في مادة مذابة ثم تبريدها.
ولأن العديد من البلورات تبدأ في التكون دفعةً واحدة، لا يمكن لأي منها أن تنمو بشكل كبير قبل أن تتصادم مع بعضها. تصنع اليوم أواني المطبخ “Corningware” الشفافة بنفس الطريقة، فهي تمتلك شفافية الزجاج، لكنها في الحقيقة مادة سيراميكية.
اقرأ أيضًا:
الزجاج الفائق قد يكون أحدث حالات المادة المكتشفة
ترجمة: محمد رشود
تدقيق: محمد قباني
