รังสีแห่งการรู้แจ้ง: แสงเป็นคลื่นหรืออนุภาค?

ในตอน"แสงเป็นอนุภาคหรือคลื่น?ผู้จัดรายการพอดคาสต์ "Daniel and Jorge Explain the Universe" พูดคุยกันว่าแสงเป็นอนุภาคหรือคลื่น ... หรืออย่างอื่นทั้งหมด การแจ้งเตือนสปอยเลอร์: Light ไม่ได้เป็นเจ้าภาพร่วมและนักเขียนการ์ตูนออนไลน์ Jorge Cham เสนออย่างจริงใจว่า "ลูกหมาตัวน้อย"

ดวงตาของคุณบอกคุณได้มากมายเกี่ยวกับลักษณะการทำงานของแสง มันเดินทางเร็วมาก (ประมาณ 186,000 ไมล์ต่อวินาทีหรือ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที) และพุ่งผ่านอวกาศเป็นเส้นตรงคล้ายเลเซอร์ แต่มันยังกระดอนสะท้อนและหักเหและเมื่อมันโต้ตอบกับสื่อที่เหมาะสมเช่นเลนส์กล้องก็อาจโค้งงอได้ เราใช้คำศัพท์เช่นความยาวคลื่นและโฟตอนเพื่ออธิบายการเคลื่อนไหวของมัน แต่ไม่มีคำใดที่ครอบคลุมการคดเคี้ยวแปลก ๆ ของแสง

ในสมัยโบราณชาวกรีกใช้คำถามเชิงปรัชญาเพื่อจัดการกับพฤติกรรมที่หลากหลายของแสง บางทีพวกเขาอาจสงสัยว่าแสงเป็นสิ่งเล็กน้อยที่กระเด้งไปมา ในยุค 1600, นักปรัชญาชาวฝรั่งเศส Rene Descartes กลายเป็นเชื่อว่าแสงเป็นหลักคลื่นหนึ่งที่ย้ายผ่านPlenum สารลึกลับที่เรียกว่าไอแซกนิวตันคิดว่าแสงเป็นอนุภาค แต่เขาสูญเสียวิธีที่จะอธิบายคุณสมบัติหลายอย่างของมันเช่นวิธีที่มันหักเหและแยกออกในปริซึม

“ สิ่งนี้ย้อนกลับไปในวันที่การศึกษาเชิงประจักษ์ทางวิทยาศาสตร์ไม่ใช่วิธีหลักในการตอบคำถาม” Daniel Whiteson ผู้ร่วมจัดรายการพอดคาสต์นักฟิสิกส์ที่ใช้เวลาทำงานกับLarge Hadron Colliderกล่าว ผู้คนจะคิดเกี่ยวกับวิธีการทำงานของสิ่งต่าง ๆ "... แล้วโต้แย้งเกี่ยวกับพวกเขา"

ในการสืบสวนเรื่องแสงเจ้าภาพของเราชี้ให้เห็นว่าสิ่งสำคัญคือต้องจำพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ไว้บ้าง คลื่นไม่ใช่สิ่งของหรือสสาร แต่เป็นสมบัติของสิ่งหนึ่งบีบอัดและยืดตัวกลางบางชนิดเช่นคลื่นทะเลที่กระเพื่อมผ่านพื้นผิวของลากูน คุณสามารถมองเห็นคลื่นได้ด้วยตาและสัมผัสได้ด้วยร่างกายของคุณ

ในทางกลับกันอนุภาคไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะกำหนด บางคนชอบคิดว่าอนุภาคเป็นเศษสสารเศษที่แยกย่อยออกเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดและเป็นพื้นฐานที่สุด ตัวอย่างเช่นน้ำเป็นอนุภาคจำนวนนับไม่ถ้วน ... อนุภาคที่ได้รับผลกระทบจากคลื่น

แล้วอะไรล่ะที่เบา? มันเป็นอนุภาคชนิดพิเศษโฟตอนหรือไม่? หรือแสงเป็นเพียงคลื่นที่ไหลผ่านสื่ออื่น? มีสิ่งที่น่าขนลุกและไม่รู้จักอยู่รอบตัวเราที่เราไม่รับรู้หรือเข้าใจหรือไม่?

Whiteson เน้นการทดลองแบบ double-slit ที่มีชื่อเสียงในศตวรรษที่ 19 ซึ่งนักวิจัยได้ฉายแสงผ่านรอยแยกสองช่องและสังเกตเห็นว่าแสงตกกระทบหน้าจอด้านหลังรอยกรีด สิ่งที่พวกเขาเห็นก็คือสายธารแห่งแสงกระทบซึ่งกันและกันเช่นสองมือสาดน้ำในอ่างเดียวกันราวกับว่าคลื่นกระทบกัน

ในศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์เริ่มสำรวจอนุภาคเช่นนิวตรอนและอิเล็กตรอน อัลเบิร์ตไอน์สไตน์นักฟิสิกส์ชื่อดังสงสัยว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าคุณปล่อยแสงทีละโฟตอนในการทดลองแบบ double-slit สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์เห็นทำให้พวกเขาตกตะลึง - เนื่องจากโฟตอนตัวเดียวทำงานในรูปแบบการรบกวนเดียวกันกับที่เกิดขึ้นกับลำแสงเต็มสเกลของการสตรีมผ่านช่องทั้งสองโดยแนะนำองค์ประกอบของกลศาสตร์ควอนตัมที่ยกระดับคุณสมบัติของแสงไปยังอาณาจักรที่เรายังไม่เข้าใจจริงๆ

ท้ายที่สุดสมมติว่าโฮสต์ของเราคุณสามารถเรียกแสงได้ทั้งอนุภาคและคลื่นและคุณจะถูกต้องในบางระดับ แต่สำหรับการอธิบายอย่างละเอียดว่าแสงทำงานอย่างไรเรายังคงดำเนินการอยู่

ตอนนี้น่าสนใจ

พฤติกรรมของอนุภาคของแสงจะชัดเจนมากขึ้นโดยขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่คุณสังเกตเห็น ในสุญญากาศของอวกาศซิปไฟจะเคลื่อนที่ไปด้วยความเร็วมากกว่า 186,000 ไมล์ต่อวินาที (300,000 กิโลเมตรต่อวินาที) แต่ชี้ลำแสงไปที่สสารที่มีความหนาแน่นมากเช่นเพชร - และมันช้าลงเหลือเพียง "ประมาณ 77,000 ไมล์ต่อวินาที (124,000 กิโลเมตรต่อวินาที)