Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

Дали светлината е частица или вълна? - Колм Келхър

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Translator: Anton Hikov Reviewer: Yavor Ivanov

You look down and see a yellow pencil lying on your desk.

Поглеждате надолу и виждате жълт молив лежащ на бюрото ви.

Your eyes, and then your brain, are collecting

Очите ви, а след това мозъкът ви, събират

all sorts of information about the pencil:

различни видове информация за молива:

its size,

color,

неговите размери,

цвят,

shape,

distance,

форма,

разстояние,

and more.

и други.

But, how exactly does this happen?

Но, как точно става това?

The ancient Greeks were the first

Древните гърци били първите,

to think more or less scientifically

които мислили повече или по-малко научно

about what light is and how vision works.

какво е светлината и как работи зрението.

Some Greek philosophers,

Някои гръцки философи,

including Plato and Pythagoras,

включително Платон и Питагор,

thought that light originated in our eyes

мислели, че светлината произхожда от очите ни

and that vision happened when little, invisible probes

и че зрението работи, като малки, невидими сонди

were sent to gather information about far-away objects.

се изпращат да съберат информация за отдалечени обекти.

It took over a thousand years

Необходими са повече от хиляда години

before the Arab scientist, Alhazen,

преди арабския учен, Ибн ал-Хайтам,

figured out that the old, Greek theory of light couldn't be right.

да разбере, че старата гръцка теория за светлината не може да е вярна.

In Alhazen's picture, your eyes don't send out

В картината на Ибн ал-Хайтам, очите ви не изпращат

invisible, intelligence-gathering probes,

невидими сонди, събиращи информация,

they simply collect the light that falls into them.

те просто събират светлината, която пада върху тях.

Alhazen's theory accounts for a fact

Теорията на Ибн ал-Хайтам взема под внимание факт,

that the Greek's couldn't easily explain:

който гърците не могат да обяснят лесно:

why it gets dark sometimes.

защо се стъмва понякога.

The idea is that very few objects actually emit their own light.

Идеята е, че много малко обекти всъщност излъчват собствена светлина.

The special, light-emitting objects,

Специалните, светлинноизлъчващи обекти,

like the sun

като Слънцето,

or a lightbulb,

are known as sources of light.

или електрическа крушка,

са известни като източници на светлина.

Most of the things we see,

Повечето от нещата, които виждаме,

like that pencil on your desk,

като този молив на бюрото ви,

are simply reflecting light from a source

просто отразяват светлината от източник,

rather than producing their own.

вместо да произвеждат своя собствена.

So, when you look at your pencil,

Така че когато гледате към молива си,

the light that hits your eye actually originated at the sun

светлината, която ударя вашето око всъщност произхожда от Слънцето

and has traveled millions of miles across empty space

и е пътувала милиони километри в празно пространство

before bouncing off the pencil and into your eye,

преди да се отрази от молива към окото ви,

which is pretty cool when you think about it.

което е много готино, ако се замислите над това.

But, what exactly is the stuff that is emitted from the sun

Но каква точно е материята, която се излъчва от Слънцето

and how do we see it?

и как да я видим?

Is it a particle, like atoms,

Дали е частица, като атоми,

or is it a wave, like ripples on the surface of a pond?

или е вълна, като вълнички на повърхността на езеро?

Scientists in the modern era would spend a couple of hundred years

Учените в модерната епоха прекарали няколко стотин години,

figuring out the answer to this question.

откривайки отговора на този въпрос.

Isaac Newton was one of the earliest.

Исак Нютон бил един от най-ранните.

Newton believed that light is made up

Нютон вярвал, че светлината е съставена

of tiny, atom-like particles, which he called corpuscles.

от малки, подобни на атом частици, които той нарекъл корпускули.

Using this assumption, he was able to explain some properties of light.

Използвайки това предположение, той успял да обясни някои свойства на светлината.

For example, refraction,

Например, рефракцията,

which is how a beam of light appears to bend

което е как сноп от светлина изглежда се пречупва

as it passes from air into water.

когато преминава от въздуха във водата.

But, in science, even geniuses sometimes get things wrong.

Но в науката, дори гении понякога схващат нещата погрешно.

In the 19th century, long after Newton died,

През 19 век, дълго след като Нютон умира,

scientists did a series of experiments

учените направили серия от експерименти,

that clearly showed that light can't be made up

които ясно показали, че светлината не може да бъде съставена

of tiny, atom-like particles.

от малка частици, подобни на атоми.

For one thing, two beams of light that cross paths

Първо на първо, два лъча светлина, които пресичат пътищата си,

don't interact with each other at all.

въобще не взаимодействат помежду си.

If light were made of tiny, solid balls,

Ако светлината бе направена от малки, солидни топки,

then you would expect that some of the particles from Beam A

тогава може да очаквате, че някои от частиците от лъч А

would crash into some of the particles from Beam B.

ще се сблъскат в някои от частиците от лъч Б.

If that happened, the two particles involved in the collision

Ако това се случваше, две частици, участващи в сблъсъка,

would bounce off in random directions.

щяха да отскочат в произволни посоки.

But, that doesn't happen.

Но, това не се случва.

The beams of light pass right through each other

Лъчите на светлината преминават един през друг,

as you can check for yourself

както можете да се уверите сами

with two laser pointers and some chalk dust.

с две лазерни показалки и малко тебиширен прах.

For another thing, light makes interference patterns.

Освен това, светлината образува интерференчни модели.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

Интерференчните модели са сложни полюлявания, които се случват,

when two wave patterns occupy the same space.

когато два вълнови модела заемат едно и също място.

They can be seen when two objects

Те могат да се видят, когато два обекта

disturb the surface of a still pond,

смущават повърхността на неподвижно езерце,

and also when two point-like sources of light

а също така когато два точкови източници на светлина

are placed near each other.

са поставени близо един до друг.

Only waves make interference patterns,

Само вълните образуват интерференчни модели,

particles don't.

частиците не.

And, as a bonus, understanding that light acts like a wave

И като бонус, разбирането че светлината действа като вълна

leads naturally to an explanation of what color is

естествено води до обяснение какво е цветът

and why that pencil looks yellow.

и защо този молив изглежда жълт.

So, it's settled then, light is a wave, right?

И така, значи всичко е ясно, светлината е вълна, нали?

Not so fast!

Не толкова бързо!

In the 20th century, scientists did experiments

През 20 век учените направиха експерименти,

that appear to show light acting like a particle.

които показват как светлината действа като частица.

For instance, when you shine light on a metal,

Например, когато насочите светлина върху метал,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

светлината прехвърля енергията си на атомите в метала

in discrete packets called quanta.

на отделни пакети, наречени кванти.

But, we can't just forget about properties like interference, either.

Но, също така, не може просто да забравим за свойства като интерференцията.

So these quanta of light aren't at all like

Така че тези кванти от светлина не са изобщо като

the tiny, hard spheres Newton imagined.

малките, твърди топчета, както Нютон предполагал.

This result, that light sometimes behaves like a particle

Този резултат, че светлината понякога се държи като частица,

and sometimes behaves like a wave,

а понякога се държи като вълна,

led to a revolutionary new physics theory called

доведе до революционна нова физическа теория наречена

quantum mechanics.

квантова механика.

So, after all that, let's go back to the question,

И така, след всичко това, нека се върнем към въпроса:

"What is light?"

"Какво е светлината?"

Well, light isn't really like anything

Ами, светлината не е изобщо като нищо,

we're used to dealing with in our everyday lives.

с което сме свикнали да се занимаваме в нашето ежедневие.

Sometimes it behaves like a particle

Понякога тя се държи като частица,

and other times it behaves like a wave,

а други пъти, тя се държи като вълна,

but it isn't exactly like either.

но не е нито едно от двете.