Oplysningsstråle:Er lys en bølge eller en partikel?

Lys er ikke bare et stærkt solskin på din vindueskarme. Det er også en metafor for oplysning og udforskning, lidt paradoksalt for et fænomen, der - selv efter tusinder af år med forespørgsler og endeløse eksperimenter - forskere stadig ikke helt kan forklare.

I afsnittet "Er lys en partikel eller en bølge?" værterne i podcasten "Daniel og Jorge Explain the Universe" diskuterer, om lys er en partikel eller en bølge ... eller noget helt andet. Spoiler -advarsel:Lyset er ikke, som medvært og online-tegneren Jorge Cham let foreslår, "små hvalpe."

Dine øjne fortæller dig meget om, hvordan lys opfører sig. Den kører meget hurtigt (omkring 186, 000 miles i sekundet eller 300, 000 kilometer i sekundet) og flammer gennem rummet i laserlignende lige linjer. Men det hopper også, reflekterer og bryder, og når det interagerer med det rigtige medium, som et kameralinse, det kan krumme. Vi bruger udtryk som bølgelængde og fotoner til at beskrive dets bevægelser, men ingen af ​​dem omfatter virkelig lysets mærkelige bugtninger.

I oldtiden, grækerne brugte filosofiske spørgsmål til at løse lysets brede vifte af adfærd. Måske, de undrede sig, lys er faktisk små ting, der hopper frem og tilbage. I 1600 -tallet, Den franske filosof Rene Descartes blev overbevist om, at lys i det væsentlige var en bølge, en, der bevægede sig gennem et mystisk stof kaldet plenum. Isaac Newton troede, at lys var en partikel, men han var tabt for en måde at forklare mange af dets egenskaber, som den måde, den brydes og splittedes i et prisme.

"Dette er tilbage i tiden, hvor empiriske videnskabelige studier ikke var den vigtigste måde at besvare spørgsmål, "siger podcast-medvært Daniel Whiteson, en fysiker, der har brugt tid på at arbejde på Large Hadron Collider. Folk ville komme med ideer om, hvordan tingene fungerede, "... og derefter skændes om dem."

I vores undersøgelser af lys, vores værter påpeger, Det er vigtigt at huske nogle grundlæggende videnskaber. Bølger er ikke en ting eller et stof, de er en tinges ejendom, komprimering og strækning af et bestemt medium, som en havbølge, der risler hen over overfladen af ​​en lagune. Du kan se bølgerne med dine øjne og mærke dem med din krop.

Partikler, på den anden side, er ikke så lette at definere. Nogle mennesker kan lide at tænke på partikler som stumper af stof, fragmenter, der er opdelt i deres mindste og mest basale enheder. Vand, for eksempel, er utallige partikler ... partikler, der påvirkes af bølger.

Og hvad så, derefter, er lys? Er det sin egen specielle type partikel, en foton? Eller er lys virkelig bare en bølge, der flyder gennem et andet medium? Er der noget uhyggeligt, ukendt stof omkring os, som vi simpelthen ikke opfatter eller forstår?

Whiteson fremhæver et berømt eksperiment med dobbeltspalte fra det 19. århundrede, hvor forskere strålede lys gennem to slidser og observerede den måde lys ramte en skærm bag spalterne. Det, de så, var, at lysstrømmene påvirkede hinanden - som to hænder, der sprøjtede vand i den samme vask - som om de var bølger, der forstyrrede hinanden.

I det 20. århundrede, forskere begyndte deres banebrydende udforskning af partikler som neutroner og elektroner. Den berømte fysiker Albert Einstein spekulerede på, hvad der ville ske, hvis du udsendte lys en foton ad gangen i det dobbeltspalteeksperiment. Hvad forskere så forbløffet dem-fordi de enkelte fotoner opførte sig med det samme interferensmønster, der opstod med fuldskala lysstråler, der strømmede gennem begge slidser, introducere elementer i kvantemekanik, der hæver lysets egenskaber til områder, vi stadig ikke rigtig forstår.

Ultimativt, siger vores værter, du kan kalde lys både for en partikel og bølge, og du ville have ret på et eller andet niveau. Men hvad angår fuldstændig forklaring på, hvordan lys fungerer, vi arbejder stadig på det.

Lysets partikeladfærd bliver mere tydelig afhængigt af, hvor du observerer det. I rumets vakuum, lette lynlåse med mere end 186, 000 miles i sekundet (300, 000 kilometer i sekundet). Men peg en lysstråle på en meget tæt bit - siger, en diamant - og den bremser til "kun" omkring 77, 000 miles i sekundet (124, 000 kilometer i sekundet).