Das dauerhafte Geheimnis des Lichts
Es geht durch Wände, aber im ultrakalten Gasen zum Stillstand verlangsamt. Es trägt elektronische Informationen für Radios und Fernseher, aber genetischen Information in den Zellen zerstört. Es beugt sich um Gebäude herum und drückt durch Nadelstiche, aber Querschläger aus winzigen Elektronen.
Es ist Licht. Und obwohl wir es in erster Linie als das Gegenteil von Dunkelheit kennen, die meisten des Lichtes ist nicht für unsere Augen sichtbar. Von Niedrigenergie-Funkwellen an hochenergetischen Gammastrahlen Licht um uns herum-Reißverschlüsse, prallt an uns und manchmal geht durch uns.
Weil es so viele Dinge ist, ist definieren Licht ein bisschen ein philosophisches Dilemma. Es hilft nicht das Licht weiterhin überraschen, mit neuartigen Materialien, die Geschwindigkeit und die Flugbahn des Lichts in unerwarteter Weise zu verändern.
Ist es eine Welle?
Was verbindet Mikrowellen, Röntgenstrahlen und die Farben des Regenbogens ist, dass sie alle Wellen – elektromagnetische Wellen um genau zu sein. Die Substanz, die hin und her zirkuliert nicht Wasser oder Luft, sondern eine Kombination von elektrischen und magnetischen Feldern.
Diese schwankende Felder üben Kräfte auf geladene Teilchen – manchmal verursachen sie rauf und runter wie Bojen im Meer Bob.
Was trennt die verschiedenen Formen des Lichts ist Wellenlänge. Unsere Augen sind empfindlich gegen Licht mit Wellenlängen zwischen 750 Nanometer (rot) und 380 nm (violett), wo ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters oder etwa die Größe eines einzelnen Moleküls.
Aber das sichtbare Spektrum – durch ein Prisma gesehen – ist nur ein kleines Stück des gesamten elektromagnetischen Spektrums. Die Wellenlänge des Lichts reicht von Hunderte von Meilen langen Radiowellen zu einem Millionstel Nanometer für Gamma-Strahlen.
Die Energie des Lichtes ist umgekehrt proportional zur Wellenlänge, so dass Gammastrahlen 1 Milliarde Milliarde mal mehr Energie als Radiowellen sind.
Oder ist es ein Teilchen?
Wellen sind aber nicht die ganze Geschichte. Licht besteht aus Teilchen, Photonen genannt. Dies ist am deutlichsten mit höheren Energie Licht, wie Röntgenstrahlen und Gammastrahlen, aber es ist wahr, bis hin zum Radiowellen.
Das klassische Beispiel für Particleness ist der photoelektrische Effekt, in das Licht auf ein Blech Ursachen Elektronen aus der Oberfläche fliegen. Überraschend, länger als eine bestimmte Wellenlänge befreien, kann nicht Elektronen, egal wie hell die Quelle ist Licht.
Eine strenge Wellentheorie des Lichts kann diese Schwelle Wellenlänge nicht erklären, da viele lange Wellen die gleichen Gesamtenergie als ein paar kurze Wellen einpacken sollten.
Albert Einstein entschlüsselt das Geheimnis von 1905 unter der Annahme, dass Lichtteilchen klatschte in die Elektronen wie kollidierenden Billardkugeln. Nur Partikel von kurzwelligem Licht können einen harten genug Kick zu geben.
Trotz dieser Erfolge die Teilchen Theorie nie die Wellentheorie ersetzt, da nur Wellen beschreiben können, wie das Licht stört sich wenn es geht durch zwei Schlitze. Wir müssen deshalb mit Lichtwesen ein Teilchen und Welle zu Leben – manchmal wirkt so hart wie ein Fels, manchmal so weich wie eine Welle.
Physiker korrigieren des Lichts gespaltene Persönlichkeit durch das Denken in Bezug auf die Wellenpakete, die man als eine Gruppe von Lichtwellen, die in einem engen, Partikel-wie Bündel zusammen reisen vorstellen kann.
Machen ein Spektakel
Anstatt sich Gedanken darüber, was Licht ist, könnte es besser zu konzentrieren, was Licht istsein. Licht schüttelt, Drehungen und schiebt die geladenen Teilchen (wie Elektronen), die in allen Materialien befinden.
Diese leichte Aktionen sind Wellenlänge-spezifisch. Oder um zu sagen, dass es einen anderen Weg, jedes Material reagiert nur auf einen bestimmten Satz von Wellenlängen.
Nehmen Sie wir zum Beispiel einen Apfel. Radiowellen und Röntgenstrahlen im Wesentlichen direkt durch sie gehen, während sichtbares Licht durch verschiedene Apple-Moleküle gestoppt wird, die entweder das Licht als Wärme absorbieren oder reflektieren es wieder heraus.
Wenn das reflektierte Licht unserer Augen tritt, regt es Farbe Rezeptoren (Zapfen), die speziell "zu lange, mittlere oder kurze Wellenlängen abgestimmt sind". Das Gehirn vergleicht die verschiedenen Kegel Antworten um festzustellen, dass der Apfel "rotes" Licht reflektiert.
Hier sind weitere Beispiele für bestimmte Aktivitäten des Lichts.
- Radiowellen von einem lokalen Sender verursachen die freien Elektronen in eine Radioantenne zum Schwingen. Elektronik, abgestimmt auf die Senderfrequenz (oder Wellenlänge) kann das oszillierende Signal in Musik oder Worte dekodieren.
- Eine Mikrowelle erwärmt Nahrung von innen nach außen, weil Mikrowellen dringen in die Oberfläche, um die Wasser-Moleküle in der Nahrung enthaltenen drehen. Diese molekularen mischen erzeugt Wärme.
- Neben einem Lagerfeuer steht, vibriert Infrarotlicht Moleküle in unserer Haut, uns warm zu machen. Im Gegensatz dazu verlieren wir ständig Wärme wenn diese gleiche Moleküle emittieren Infrarot-Licht.
- In der Sonne sind mehrere sichtbare und ultraviolette Wellenlängen fehlen oder dunkel. Diese "Schatten" sind aufgrund der Einnahme von Photonen durch Atome, wie Wasserstoff und Helium, aus denen sich die Sonne. Die aufgenommenen Photonen-Energie wird verwendet, um die Atome Elektronen aus einem Energieniveau zu steigern.
- Röntgenbild eines Skeletts ist aufgrund der Tatsache, dass Röntgenstrahlen durch weiches Gewebe aber von dichten Knochen blockiert werden. Jedoch ionisieren auch wenn nur auf der Durchreise, Röntgen- und Gamma-Strahlen Moleküle auf dem Weg, was bedeutet, dass sie Elektronen aus den Molekülen Streifen. Die ionisierten Moleküle können direkt oder indirekt DNA in einer Zelle beschädigen. Einige dieser genetischen Veränderungen können zu Krebs führen.
All dies zeigt, dass Licht in seine Manipulation der Materie viele verschiedene Hüte trägt. Ist es vielleicht angebracht, dann das Licht wahre Identität – Welle oder Teilchen – ist unwiderlegbar.