الليزر: القصة الكاملة من الفكرة إلى الثورة

 ربما لا يخطر في بالك، وأنت تمرر منتجًا أمام جهاز الدفع في المتجر، أو تشاهد عرضًا ضوئيًا مدهشًا، أو تتصفح الإنترنت بسرعة خاطفة، أن كل هذا يدين بالفضل لاختراع وُلد من فكرة بسيطة: ترويض الضوء… الليزر، ذلك الشعاع الذي لا يتشتت، لم يكن مجرد قفزة علمية، بل ثورة هادئة غزت الطب والصناعة والفنون والاتصالات. كيف بدأت الحكاية؟ ومن هم أبطالها؟ وكيف أصبح الليزر أحد أعمدة التكنولوجيا الحديثة؟

الضوء العادي.. فوضى لونية

يعد الليزر أحد أكثر الابتكارات تنوعًا في القرن العشرين، مع عدد من الاستخدامات التي تتزايد يومًا بعد يوم، والتي لم يكن بإمكان أحد أن يتنبأ بها عند إطلاق أول شعاع منه. الضوء الذي نراه عادةً، سواء أكان صادرًا عن الشمس أو النار أو مصابيحنا أو من أعماق الكون، هو فوضى عارمة تحتوي على موجات مختلفة من الأطوال والسعات والأطوار.. ضوء غير متماسك..

لو أننا ألقينا في بركة ماء ساكنة مجموعة من الحصى مختلفة في الحجم والوزن، ومن ارتفاعات مختلفة وبفوارق زمنية، لنتجت عنها موجات فوضوية.. حيث ستولد كل حصاة موجة تختلف في ترددها وسعتها عن موجات الحصى الأخرى. كما أن قممها (الجزء الأعلى من الموجة) وقيعانها (الجزء الأدنى) لن تتطابق.

هكذا هو ضوء الشمس الذي نراه أبيض، بينما يحتوي في الواقع على جميع ألوان الطيف المرئي. وإذا مررنا الضوء الأبيض عبر منشور، كما فعل نيوتن في تجربته الكلاسيكية، فإن كل طول موجي ينكسر بزاوية مختلفة عند خروجه من المنشور.. مما يسمح لنا برؤية تركيب شعاع الضوء الأصلي. وعلى النقيض من ذلك، فإن الضوء المتماسك هو ذلك الذي تسير جميع مكوناته بانتظام، بنفس الطول الموجي والسعة، وبتطابق في القمم والقيعان (أي في الطور نفسه). ولرؤيته، كان علينا انتظار عبقرية ألبرت أينشتاين.

أينشتاين.. الفكرة التي سبقت عصرها

اقترح أينشتاين في عام 1917 طريقة لتحفيز انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي. عندما تُطبّق طاقة على أي مجموعة من الذرات، فإنها تطلق فوتونات بشكل عشوائي.. وهذا ما يحدث عند تطبيق الكهرباء على غاز في مصباح فلوري أو نيون، أو على سلك متوهج في مصباح تقليدي، أو على الصمام الثنائي في مصباح ليد.

اقترح أينشتاين أنه بالإمكان تحفيز الذرات لإصدار ضوء متماسك. ووفقًا لنظريته، إذا أُطلق فوتون ذو طول موجي معين على ذرة، فإنه سيحفز الذرة على إصدار فوتون آخر في الاتجاه نفسه، وبنفس التردد، ومتزامن في الطور مع الأول. ويتضاعف هذا التأثير مع مرور الفوتونات المتماسكة قرب ذرات أخرى، مما يؤدي إلى إصدار المزيد من الفوتونات المتماسكة، والتي يمكن إصدارها على شكل حزمة من الإشعاع الكهرومغناطيسي.

إذا كان الضوء غير المتماسك يشبه حشدًا من الناس يمشون كلٌّ على وتيرته وخطاه، فإن الضوء المتماسك يشبه مجموعة تسير جميعها بنفس الخطى والإيقاع، كما في عرض عسكري.

الميزر.. الخطوة الأولى نحو الليزر

استغرق الأمر 37 عامًا قبل أن يتحقق عمليًا ما اقترحه أينشتاين نظريًا. ففي عام 1954، أنشأ تشارلز تاونز وآرثر شاولو في جامعة كولومبيا جهازًا يحفز انبعاث الموجات الدقيقة.. كان ذلك بهدف الحصول على مصدر للموجات الدقيقة المتماسكة، لاستخدامها في دراسة تركيب الجزيئات والذرات والأنوية الذرية. وأطلقا على طريقتهما اسم “تضخيم الموجات الميكروية بالانبعاث المحفز للإشعاع”، أو “ميزر”.

وقد اقترح هذان العالمان لاحقًا تطبيق الفكرة نفسها على الضوء المرئي. ونشرا مقالات علمية في هذا الشأن، لكنهما لم يحققا ذلك عمليًا. ولم يطل الأمر قبل أن تتحقق الفكرة وتثير الكثير من الجدل.

ظهور شعاع الليزر

قام جوردون جولد، وهو أيضًا من جامعة كولومبيا، في عام 1958 ببناء أول جهاز قادر على إصدار الضوء من خلال الانبعاث المحفز للإشعاع. وعلى غرار جهاز ميزر، غيّر الحرف الأول، الذي يشير إلى الموجات الميكروية (Microwaves)، واستبدله بحرف (L) الذي يرمز إلى الضوء (Light)، لتصبح كلمة (ليزر LASER). لكن المشكلة أنه لم يتقدم بطلب براءة الاختراع حتى عام 1959، فرُفض. واضطر إلى خوض معركة قانونية استمرت حتى عام 1977 ليُعترف به كأحد الرواد في هذا المجال.

وفي هذه الأثناء، نال ثيودور مايمان الاعتراف باختراعه ليزر الياقوت، الذي قدم لنا “شعاع الليزر” بلونه الأحمر المميز، ببساطة لأن المادة المستخدمة في الجهاز كانت تصدر الفوتونات بطول موجي يقع ضمن نطاق اللون الأحمر. إلا أن الشعاع الليزري يمكن أن يكون بأي لون، وذلك حسب المواد والإجراءات المستخدمة في توليده.

حل يبحث عن مشكلة

كان الليزر مدهشًا.. وقد بدا وكأنه “شعاع الموت” الذي كان رسامو مجلات الخيال العلمي يتخيلونه، كما أنه تمتع بخصائص فيزيائية مذهلة… ولكن لم يكن يبدو له أي تطبيق عملي واضح. حتى إن البعض وصفه بأنه “حل يبحث عن مشكلة”. لكن بينما كان العديد من العلماء يعملون على تطوير أنواع أخرى من الليزر تتطلب طاقة أقل، وتكون أكثر كفاءة، وتعمل بأطوال موجية مختلفة، بدأت التطبيقات العملية بالظهور. ففي عام 1969، وضعت بعثة أبولو 11 إلى القمر، من بين أدوات أخرى، عاكسًا ليزريًا على سطح القمر. ومن خلال إطلاق شعاع ليزري من مرصد أرضي وقياس الزمن الذي يستغرقه للعودة، يمكن قياس المسافة بين الأرض والقمر بدقة تصل إلى 3 سنتيمترات فقط.

يوضح هذا إحدى الخصائص الأساسية للضوء المتماسك: فهو لا يتشتت بزاوية كما هو حال ضوء المصباح اليدوي، بل يحافظ على شكله كحزمة مستقيمة.. مما يجعل من الممكن توجيه شعاع ليزر لمسافات بعيدة — وهو ما يظهر، للأسف، في إساءة استخدام مؤشرات الليزر، التي صممت للمساعدة في العروض التقديمية أو في الفصول الدراسية، لكنها تستخدم أحيانًا لمضايقة الرياضيين أو الأشخاص عن بعد.

تطبيقات الليزر في كل مكان

تتسع اليوم قائمة تطبيقات الليزر، بأشكاله المتعددة.. وتتزايد يومًا بعد يوم. فهو يستخدم لقراءة الرموز الشريطية في المتاجر.. وتشغيل الأقراص المدمجة وأقراص الفيديو الرقمية في الحواسيب.. وكذلك في محاذاة الجسور.. وكشريط قياس أو ميزان للمهنيين في مجال البناء، وحتى للهواة في مشاريع الأعمال اليدوية.

كما يستخدم في دراسة الغلاف الجوي.. وفي التلسكوبات الحديثة كمساعدات بصرية؛ وفي قطع، ولحام، وثني، وحفر، ووَسم، وتنظيف المعادن.. وتطبيقات طبية وجمالية متعددة، بدءًا من جراحة العيون وصولًا إلى إزالة الوشوم والندوب، بل وفي الجراحة العامة. حيث نشأ بفضله اختصاص كامل يسمى “طب الليزر”. كما يستخدم كأداة تصويب في الأسلحة المختلفة.. وفي طابعات الوثائق.. وبالطبع في العروض الضوئية المصاحبة للحفلات الموسيقية الكبرى.

ومن المهم الإشارة إلى أن الضوء الذي ينتقل عبر الألياف البصرية — والذي غير عالم الاتصالات وأتاح لنا الإنترنت عالي السرعة — هو ضوء ليزري. في النهاية، فإن الليزر، أي الضوء المتماسك الذي تصوره أينشتاين، قد أثبت فعليًا أنه حل لمجموعة هائلة من المشكلات في مجالات متنوعة من التجربة الإنسانية.

نجوم ليزرية

الكوزارات، أو المصادر الشبيهة بالنجوم والتي تصدر موجات راديوية، والتي اكتُشفت في خمسينيات القرن الماضي، تبين أنها أجسام تصدر أشعة ليزر بشكل طبيعي. كما اكتشف تلسكوب هابل نجمًا غير مستقر في مجرتنا نفسها، يُعرف باسم “إيتا كارينا”، وهو أكبر من شمسنا بملايين المرات، ويصدر ضوءًا ليزريًا في نطاق الأشعة فوق البنفسجية.

الليزر ليست مجرد حزمة ضوء، بل خلاصة قرن من الأسئلة، والانتصارات، والتجارب. إنه المثال الحي على كيف يمكن لنظرية في دفتر أن تتحول إلى أشعة تخترق الأنسجة، وتنقل المعلومات، وتقيس المسافات، وترسم في الهواء. وما بدأ كفكرة جريئة في عقل أينشتاين، أصبح اليوم أحد أكثر أدواتنا دقة ومرونة. ومع كل تطبيق جديد يضاف إلى قائمة استخداماته، يؤكد الليزر أنه ليس اختراعًا عابرًا، بل امتداد للضوء… حين يصبح أكثر وعيًا.