الضوء في كل مكان حولنا ، وهو أمر ضروري لأحد حواسنا الأساسية (البصر) وكذلك الحياة على الأرض نفسها. إنه يدعم العديد من التقنيات التي تؤثر على حياتنا اليومية ، بما في ذلك حصاد الطاقة مع الخلايا الشمسية ، وعروض البودات (LED) الباعثة للضوء (LED) والاتصالات من خلال شبكات الألياف البصرية.
الهاتف الذكي هو مثال رائع على قوة الضوء. داخل الصندوق ، تعمل وظيفتها الإلكترونية بسبب ميكانيكا الكم. الشاشة الأمامية عبارة عن جهاز ضوئي تمامًا: بلورات سائلة تتحكم في الضوء. الظهر أيضًا: الثنائيات الباعثة للضوء الأبيض لفلاش ، والعدسات لالتقاط الصور.
نستخدم كلمة الضوئية ، وأحيانًا البصريات ، لالتقاط تسخير الضوء للتطبيقات والتقنيات الجديدة. يتم الاحتفال بأهميتها في الحياة الحديثة كل عام في 16 مايو مع اليوم الدولي للضوء.
قدم العلماء في القارة الأفريقية ، على الرغم من قيود الموارد التي يعملون بموجبها ، مساهمات ملحوظة في أبحاث الضوئية. تم التقاط بعض هذه في عدد خاص حديث من المجلة البصريات التطبيقية. إلى جانب الزملاء في هذا المجال من المغرب والسنغال ، قدمنا هذه المجموعة من الأوراق ، التي تهدف إلى الاحتفال بالتميز وإظهار تأثير الدراسات التي تعالج القضايا القارية.
تسليط الضوء على الفوتونيك في أفريقيا
ينقذ تاريخ إفريقيا في البصريات الرسمية آلاف السنين ، مع إشارات إلى تصميم العدسات المسجلة بالفعل في كتابات مصرية القديمة.
في الآونة الأخيرة ، ساهمت أفريقيا في جائزة نوبل على أساس البصريات. شاهد أحمد زويل (المولود المصري) العمليات الفائقة في الكيمياء مع الليزر (1999 ، جائزة نوبل للكيمياء) وسيرج هاروش (الموروكان المولود) درس سلوك جزيئات الضوء الفردية والفوتونات (2012 ، جائزة نوبل للفيزياء).
لسوء الحظ ، فإن قصة البصريات الأفريقية هي قصة من جيوب التميز. تعتبر النقاط البارزة جيدة مثل أي مكان آخر ، ولكن هناك عدد قليل جدًا منها لوضع القارة على خريطة البصريات العالمية. وفقًا لحساب عام 2020 الذي أجريته بالنسبة لي من قبل الجمعية البصرية الأمريكية ، استنادًا إلى مجلاتهم ، تساهم إفريقيا في أقل من 1 ٪ في منشورات المجلات في جميع أنحاء العالم مع البصريات أو الضوئية كموضوع.
ومع ذلك ، هناك فرص كبيرة لمواجهة التحديات القارية باستخدام البصريات. أمثلة على المجالات التي يمكن للأفارقة الابتكار هي:
-
سد الفجوة الرقمية مع البنية التحتية للاتصالات الحديثة
-
التصوير البصري والتحليل الطيفي للتحسينات في الزراعة ومراقبة التغيرات المناخية
-
تسخير الشمس بمواد بصرية للطاقة النظيفة
-
الفوتونيات الحيوية لحل القضايا الصحية
-
تقنيات الكم لأشكال جديدة من التواصل والاستشعار والتصوير والحوسبة.
تلمس الأوراق الموجودة في مجلة المجلات الخاصة مجموعة متنوعة من الموضوعات ذات الصلة بالقارة.
واحد هو استخدام البصريات للتواصل عبر مساحة حرة (الهواء) حتى في الظروف الجوية السيئة. تم اختبار هذا الحل القائم على الضوء باستخدام بيانات الطقس من مدينتين أفريقيتين ، الإسكندرية في مصر وسيتيف في الجزائر.
ورقة أخرى تدور حول مصادر الكم الصغيرة للتشابك الكمومي للاستشعار. استخدم المؤلفون Diamond ، جوهرة موجودة في جنوب إفريقيا وأكثر شيوعًا بالمجوهرات. يحتوي Diamond على العديد من العيوب ، يمكن لأحدها إنتاج فوتونات واحدة كإخراج عندما يكون متحمسًا. تم تقسيم إخراج الفوتون المفرد إلى مسارين ، كما لو كان الجسيم قد ذهب إلى اليسار واليمين في نفس الوقت. هذا هو الفكرة الغريبة عن التشابك ، في هذه الحالة ، التي تم إنشاؤها بالماس. إذا تم وضع كائن في أي مسار واحد ، يمكن للتشابك اكتشافه. من الغريب أن الفوتونات تأخذ المسار الأيسر ولكن الكائن في المسار الأيمن ، ومع ذلك لا يزال يمكن اكتشافه.
اقرأ المزيد: تشابك الكم: ما هو ، ولماذا يريد الفيزيائيون تسخيره
يقترح أحد المساهمين طريقة فعالة من حيث التكلفة للكشف عن البكتيريا الضارة وتصنيفها في الماء.
أساليب جديدة في التحليل الطيفي (دراسة اللون) للكشف عن صحة الخلايا ؛ أجهزة الاستشعار الحيوية لمراقبة مستويات الملح والجلوكوز في الدم ؛ والأدوات البصرية للأمن الغذائي جميعها تلعب دورها في التطبيقات البصرية في القارة.
مجال آخر من أبحاث البصريات الأفريقية التي لديها تطبيقات مهمة هو استخدام الألياف البصرية لاستشعار جودة التربة وسلامتها الهيكلية. عادة ما ترتبط الألياف البصرية بالاتصال ، ولكن الاتجاه الحديث هو استخدام الألياف البصرية الموجودة بالفعل لتتعرف على التغييرات الصغيرة في البيئة ، على سبيل المثال ، كأنظمة إنذار مبكر للزلازل. يوضح البحث أنه يمكن أيضًا استخدام الألياف التقليدية لمعرفة ما إذا كانت التربة مهينة ، إما بسبب عدم وجود رطوبة أو بعض التحول المادي في الهيكل (الضعف أو الحركة). إنها أداة مفيدة على الفور للزراعة ، بناء على عدة عقود من البحث.
توضح مجموعة متنوعة من الموضوعات في المجموعة كيف يستخدم الباحثون المبدعون في القارة موارد محدودة لتحقيق أقصى تأثير. من المحتمل أن يكون التوجه العالي نحو التطبيقات علامة على أن الحكومات الأفريقية تريد أن يعمل علماءها على حلول للمشاكل الحقيقية بدلاً من الأسئلة الأكاديمية البحتة. ومن الأمثلة على ذلك جنوب إفريقيا ، التي لديها استراتيجية وطنية ممول (SA QUTI) لتحويل العلوم الكمومية إلى تكنولوجيا الكم وتدريب القوى العاملة على الاقتصاد الجديد.
نحو مستقبل أكثر إشراقا
لطلاب العلوم الشباب الذين يرغبون في الدخول إلى هذا المجال ، فإن الفرص لا حصر لها. في حين أن الضوئيات ليس لها حدود انضباط ، فإن معظم الطلاب يدخلون في مجالات الفيزياء أو الهندسة أو الكيمياء أو علوم الحياة. تكمن قوتها في مزيج من المهارات ، ومزج النظرية والحسابية والتجريبية ، والتي يتم توضيحها على المشكلات. في مؤتمر ضوئي نموذجي ، من المحتمل أن يكون هناك الكثير من المشاركين في الصناعة أكثر من الأكاديميين. هذه شهادة على تأثيرها العالمي في التقنيات الجديدة ، وفرص التوظيف للطلاب.
كان القرن الماضي يعتمد على الإلكترونيات والسيطرة على الإلكترونات. سيهيمن هذا القرن على الفوتونات ، والسيطرة على الفوتونات.
ساهم البروفيسور زهير سيكات من جامعة محمد الخامس ، الرباط ، ومدير قطب البصريات والضوئية داخل ماسكار من جامعة محمد السادس من بنغواير ، المغرب ، في هذا المقال.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: أندرو فوربس ، جامعة ويتواتردراند والصبر Mthunzi-kufa ، جامعة جنوب إفريقيا
اقرأ المزيد:
لا يعمل المؤلفون على الأسهم أو استشارةها أو تلقيها من أي شركة أو مؤسسة ستستفيد من هذه المقالة ، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة تتجاوز تعيينها الأكاديمي.