Hvordan definerer fysikere lys?

Lys - et historisk angreb

• Græske filosoffer var allerede bekymrede for lys. For eksempel antog pythagoræerne, at hvert synligt objekt konstant frigav en strøm af lyspartikler. Men også Galileo forsøgte at forstå lysets natur i de sidste år af sit liv - desværre uden held.
• I slutningen af ​​den 17 I begyndelsen af ​​det 20. århundrede antog fysikeren Newton, at lys enten består af partikler, såkaldte legemer eller bølger. Imidlertid udelukkede han i første omgang bølgeteorien, da partikelhypotesen bedre kunne forenes med hans mekanistiske verdensbillede dengang. Sådan kunne korpuskulær teori forklare det faktum, at lys formerer sig i en lige linje, reflekteres og brydes.
• Omtrent samtidig med Newton var den hollandske naturforsker Huygens også optaget af lysets natur. Ifølge hans ideer skal lyset formere sig i form af bølger. Disse bølger skal transmitteres gennem et usynligt, vægtløst stof, æteren, som findes overalt i rummet.
  instagram viewer
• Begge modeller fremsatte imidlertid forskellige udsagn om lysets hastighed i stoffer, for eksempel i vand. Denne hastighed kunne imidlertid ikke måles så præcist med de tilgængelige enheder på det tidspunkt for at skelne mellem de to modeller "partikel" eller "bølge".

Lys er en bølge - Young beviser det

• Med sit dobbeltspalteeksperiment kunne fysikeren Young i 1802 bevise, at lys spredte sig som en bølge.


Fotoner og bølger - enkel forklaring på lys

I fysikken er der næppe noget, der er mere interessant og mindre for lægmanden ...

• I dette eksperiment rammer lyset en (lille) dobbelt spalte. Bagved dannes overlejringer (og ikke skygger), som kun kan forklares, hvis man forstår lys som en bølgeproces.
• Hermed syntes den bitre kontrovers om partikel- eller bølgeforøgelse endelig at være forbi.
• Både bølgeudseendet og bølgelængderne er imidlertid så små, at de ikke kan observeres med det blotte øje, i modsætning til vandbølger. Denne lille størrelse var i sidste ende grunden til, at bølgenaturen blev anerkendt meget sent.

Lys skal også være en partikel

• Newton tog dog nok ikke fejl med sin idé om partikler.
• I begyndelsen af ​​forrige århundrede måtte fysikere give lyset en partikelkarakter for eksempel at forklare fotoeffekten.
• Allerede Max Planck var i stand til at finde mange af de modstridende resultater, for eksempel fra Atomisk fysik, forklar kun ved at postulere (dvs. antage!) at lys består af bittesmå energipakker. Han kaldte disse quanta. De blev absorberet eller afgivet, når de interagerede med atomer.
• Og i 1905 erklærede Albert Einstein fotoeffekten med de samme antagelser. Kun med kvanteteori kunne han vise, hvordan højenergistråling frigiver elektroner fra et metal (Nobelprisen 1921).

Hvordan "definerer" fysikere lys i dag?

• Selvfølgelig kan du ikke "definere" et fænomen som lys, men du kan udvikle modeller, der viser, hvordan lys opfører sig i visse situationer og eksperimenter.
• Selvom dette lyder modstridende, må man i dag antage, at lys ikke kun er et bølgefænomen, men også har karakteren af ​​en partikel, det vil sige forekommer i individuelle portioner. Disse kaldes lette kvanta eller fotoner.
• Et eksperiment viser, at denne modsatte opfattelse, også kendt som bølge-partikel dualisme, finder anvendelse der kan genereres enkelt lys-kvanta, som sendes efter hinanden gennem et dobbeltspaltet apparat. Bølgefænomenerne opstår derefter.
• Mellem de to fysisk modsatte fænomener partikel og bølge er der en formel "Bro", nemlig Plancks handlingskvantum h, som er mellem lysets frekvens (eller bølgelængde) og det energi som formidler fotoner. Følgende gælder: E = h x f.
• Endnu mere: Selv for typiske partikler som elektroner eller protoner har moderne fysik kunnet vise, at de også har karakter af bølger, når de formerer sig. Sådan skabes stofbølger, når partikler med atomstørrelse sendes gennem en dobbelt spalte.

Så hvordan skal lys "defineres"? Bølge eller partikel, hverken eller begge sammen? Selvom det teoretiske fysik kan matematisk beskrive lysets adfærd og dets fænomener, lys er stadig et mysterium. Begge modeller er berettigede. Fysikeren Richard Feynman besvarede engang dette spørgsmål: "Måske en tredje!". Lys adlyder kvantemekanikkens love, som tillader en dualitet af partikler og bølger.