Licht ist nicht nur ein heller Sonnenfleck auf Ihrer Fensterbank. Es ist auch eine Metapher für Erleuchtung und Erforschung, ein bisschen paradox für ein Phänomen, das Wissenschaftler - selbst nach Tausenden von Jahren von Untersuchungen und endlosen Experimenten - immer noch nicht ganz erklären können.
In der Folge "Ist Licht ein Teilchen oder eine Welle?" Die Moderatoren des Podcasts "Daniel und Jorge erklären das Universum" diskutieren, ob Licht ein Teilchen oder eine Welle ist ... oder etwas ganz anderes. Spoiler-Alarm: Licht ist nicht, wie Jorge Cham , Co-Moderator und Online-Cartoonist, unbeschwert vorschlägt, "kleine Welpen".
Ihre Augen sagen viel darüber aus, wie sich Licht verhält. Es bewegt sich sehr schnell (ungefähr 186.000 Meilen pro Sekunde oder 300.000 Kilometer pro Sekunde) und flammt in laserähnlichen geraden Linien durch den Weltraum. Es wird aber auch reflektiert, reflektiert und gebrochen, und wenn es wie ein Kameraobjektiv mit dem richtigen Medium interagiert, kann es sich krümmen. Wir verwenden Begriffe wie Wellenlänge und Photonen, um ihre Bewegungen zu beschreiben, aber keiner von ihnen umfasst wirklich die seltsamen Mäander des Lichts.
In der Antike verwendeten die Griechen philosophische Fragen, um die vielfältigen Verhaltensweisen des Lichts anzusprechen. Vielleicht, fragten sie sich, ist Licht eigentlich ein kleines Stückchen Zeug, das hin und her springt. In den 1600er Jahren war der französische Philosoph Rene Descartes davon überzeugt, dass Licht im Wesentlichen eine Welle ist, die sich durch eine mysteriöse Substanz namens Plenum bewegt . Isaac Newton hielt Licht für ein Teilchen, aber er war nicht in der Lage, viele seiner Eigenschaften zu erklären, beispielsweise die Art und Weise, wie es in einem Prisma gebrochen und gespalten wurde.
"Dies ist eine Zeit zurück, in der empirische Wissenschaftsstudien nicht die Hauptmethode zur Beantwortung von Fragen waren", sagt Daniel Whiteson, Co-Moderator des Podcasts, ein Physiker, der einige Zeit am Large Hadron Collider gearbeitet hat . Die Leute würden sich Ideen einfallen lassen, wie die Dinge funktionieren, "... und dann darüber streiten."
Unsere Gastgeber weisen darauf hin, dass es bei unseren Untersuchungen des Lichts wichtig ist, sich an einige wissenschaftliche Grundlagen zu erinnern. Wellen sind keine Sache oder Substanz, sie sind eine Eigenschaft einer Sache, die ein bestimmtes Medium komprimiert und streckt, wie eine Ozeanwelle, die über die Oberfläche einer Lagune plätschert. Sie können die Wellen mit Ihren Augen sehen und sie mit Ihrem Körper fühlen.
Partikel sind dagegen nicht so einfach zu definieren. Manche Menschen betrachten Teilchen gerne als Materieteile, Fragmente, die in ihre kleinsten und grundlegendsten Einheiten zerlegt werden. Wasser zum Beispiel besteht aus unzähligen Partikeln ... Partikeln, die von Wellen beeinflusst werden.
Was ist also Licht? Ist es eine spezielle Art von Teilchen, ein Photon? Oder ist Licht wirklich nur eine Welle, die durch ein anderes Medium fließt? Gibt es eine gruselige, unbekannte Substanz um uns herum , die wir einfach nicht wahrnehmen oder verstehen?
Whiteson beleuchtet ein berühmtes Doppelspaltexperiment aus dem 19. Jahrhundert, bei dem Forscher Licht durch zwei Schlitze strahlten und beobachteten, wie Licht auf einen Bildschirm hinter den Schlitzen fiel. Was sie sahen, war, dass sich die Lichtströme gegenseitig beeinflussten - wie zwei Hände, die Wasser in dieselbe Spüle spritzten -, als wären sie Wellen, die sich gegenseitig stören.
Im 20. Jahrhundert begannen Wissenschaftler mit ihren bahnbrechenden Erkundungen von Teilchen wie Neutronen und Elektronen. Der berühmte Physiker Albert Einstein fragte sich, was passieren würde, wenn Sie im Doppelspaltexperiment jeweils ein Photon Licht emittieren würden. Was Wissenschaftler sahen, verblüffte sie - denn die einzelnen Photonen verhielten sich mit demselben Interferenzmuster, das bei Lichtstrahlen auftrat, die durch beide Schlitze strömten, und führten Elemente der Quantenmechanik ein, die die Eigenschaften des Lichts in Bereiche heben, die wir immer noch nicht wirklich verstehen.
Letztendlich, sagen unsere Gastgeber, können Sie Licht sowohl als Teilchen als auch als Welle bezeichnen, und Sie wären in gewisser Hinsicht korrekt. Um jedoch vollständig zu erklären, wie Licht funktioniert, arbeiten wir noch daran.
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Das Partikelverhalten des Lichts wird deutlicher, je nachdem, wo Sie es beobachten. Im Vakuum des Weltraums bewegt sich das Licht mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300.000 Kilometern pro Sekunde. Richten Sie einen Lichtstrahl jedoch auf ein sehr dichtes Stück Materie - beispielsweise einen Diamanten - und er verlangsamt sich auf "nur" 124.000 Kilometer pro Sekunde (77.000 Meilen pro Sekunde).
