الشكل الظاهري للقلم مرتبط بتغير سرعة الضوء من خلال ظاهرة انحناء الضوء.
يمكن تعريف انحناء الضوء بأنه تغير مسار الضوء عند مروره خلال وسط له معامل انكسار مختلف. ويكون معامل الانكسار هو النسبة بين سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعته في الوسط.
عندما يمر الضوء من وسط إلى وسط آخر ذو معامل انكسار مختلف، فإنه ينحرف عن مساره المستقيم. ويعتمد انحناء الضوء على زاوية سقوط الضوء على السطح الفاصل بين الوسطين، وكذلك على معاملي الانكسار للوسطين.
إذا افترضنا أن الضوء ينتقل من وسط هواء إلى وسط زجاج، فإن معامل الانكسار للزجاج أكبر من معامل الانكسار للهواء. لذلك، فإن الضوء ينحرف إلى الداخل عند مروره من الهواء إلى الزجاج.
إذا كان القلم موضوعًا في الهواء، فإن الضوء المنبعث من القلم ينتقل في خط مستقيم. ينتقل هذا الضوء إلى عيننا، ويرسم صورة للقلم في شبكية العين.
إذا تغيرت سرعة الضوء، فإن انحناء الضوء سيتغير أيضًا. على سبيل المثال، إذا زادت سرعة الضوء، فإن الضوء سينحني إلى الخارج عند مروره من الهواء إلى الزجاج.
في هذه الحالة، سينتقل الضوء المنبعث من القلم إلى عيننا في مسار منحني. سيرسم هذا الضوء صورة للقلم في شبكية العين، لكن هذه الصورة ستكون مشوهة.
يمكن أن يؤدي تغير سرعة الضوء إلى تشويه شكل الأجسام التي نراها. على سبيل المثال، إذا زادت سرعة الضوء، فإننا سنرى الأجسام أقصر مما هي عليه في الواقع.
تفسير موسع
يمكننا استنتاج العلاقة بين شكل القلم كما يبدو لنا وتغير سرعة الضوء من خلال نموذج موجي للضوء.
في النموذج الموجي للضوء، يُنظر إلى الضوء على أنه موجة كهرومغناطيسية. تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية في خط مستقيم بسرعة الضوء في الفراغ.
عندما تنتقل الموجة الكهرومغناطيسية من وسط إلى وسط آخر ذو معامل انكسار مختلف، فإن سرعتها تتغير. ويؤدي هذا التغيير في السرعة إلى تغير في اتجاه الموجة، أي إلى انحناءها.
في حالة القلم، يمكننا اعتبار الضوء المنبعث من القلم على أنه موجة كهرومغناطيسية. عندما ينتقل هذا الضوء من الهواء إلى الزجاج، فإنه ينحرف إلى الداخل بسبب تغير سرعته.
إذا تغيرت سرعة الضوء في الفراغ، فإن سرعة الضوء في الهواء والزجاج ستتغير أيضًا. سيؤدي هذا التغيير في السرعات إلى تغيير في انحناء الضوء المنبعث من القلم.
على سبيل المثال، إذا زادت سرعة الضوء في الفراغ، فإن سرعة الضوء في الهواء والزجاج ستزيد أيضًا. سيؤدي هذا إلى انحناء الضوء المنبعث من القلم إلى الخارج عند مروره من الهواء إلى الزجاج.
في هذه الحالة، سيبدو القلم أقصر مما هو عليه في الواقع.
الخاتمة
بشكل عام، يمكننا القول أن شكل الأجسام التي نراها مرتبط بتغير سرعة الضوء من خلال ظاهرة انحناء الضوء. يعتمد مقدار انحناء الضوء على تغير سرعة الضوء، وكذلك على زاوية سقوط الضوء على السطح الفاصل بين الوسطين.
