Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

Je světlo částice nebo vlnění? - Colm Kelleher

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Překladatel: Vítek Zach Korektor: Petr Jedelský

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

Podíváte se na stůl a na něm leží žlutá tužka.

Your eyes, and then your brain, are collecting

Vaše oči, a potom i váš mozek sbírají

all sorts of information about the pencil:

všechny možné informace o tužce:

its size,

color,

její velikost,

barvu,

shape,

distance,

tvar,

vzdálenost,

and more.

a další.

But, how exactly does this happen?

Ale jak to přesně funguje?

The ancient Greeks were the first

Antičtí Řekové byli první,

to think more or less scientifically

kdo víceméně vědecky přemýšleli

about what light is and how vision works.

o tom, co je světlo a jak funguje zrak.

Some Greek philosophers,

Někteří Řečtí filozofové,

including Plato and Pythagoras,

včetně Platóna a Pythagora,

thought that light originated in our eyes

mysleli, že světlo pochází z našich očí

and that vision happened when little, invisible probes

a že zrak funguje na principu neviditelných sond,

were sent to gather information about far-away objects.

které byly vyslány, aby shromáždily informace o vzdálených objektech.

It took over a thousand years

Po více než tisíci letech

before the Arab scientist, Alhazen,

přišel Arabský vědec Ahazen na to,

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

že stará, Řecká teorie není správná.

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

V Alhazenově teorii vaše oči nevysílají

invisible, intelligence-gathering probes,

neviditelné, informace shromažďující sondy,

they simply collect the light that falls into them.

ale pouze takové, které světlo jednoduše sbírají, protože jej pohltí.

Alhazen's theory accounts for a fact

Pro Alhazenovu teorii hraje fakt,

that the Greek's couldn't easily explain:

že Řekové nemohli jednoduše vysvětlit,

why it gets dark sometimes.

proč se objevuje tma.

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

Základní myšlenka je taková, že jenom velmi málo objektů vyzařuje vlastní světlo.

The special, light-emitting objects,

Výjimečné, světlo vyzařující objekty,

like the sun

jako je Slunce

or a lightbulb,

are known as sources of light.

nebo žárovka,

se nazývají zdroje světla.

Most of the things we see,

Většina věcí, které vidíme,

like that pencil on your desk,

jako je tužka na vašem stole,

are simply reflecting light from a source

jednoduše odráží světlo ze zdroje,

rather than producing their own.

ale žádné vlastní neprodukují.

So, when you look at your pencil,

Takže když se podíváte na svou tužku,

the light that hits your eye actually originated at the sun

světlo, které jde do vašeho oka, pochází ze Slunce

and has traveled millions of miles across empty space

a urazilo miliony kilometrů skrz prázdný prostor

before bouncing off the pencil and into your eye,

než se odrazilo od tužky do vašeho oka,

which is pretty cool when you think about it.

což je úžasné, když se nad tím zamyslíte.

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

Ale co přesně je to, co vyzařuje Slunce

and how do we see it?

a jak to vidíme?

Is it a particle, like atoms,

Je to částice, jako jsou atomy,

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

nebo je to vlna, jako vlnění na hladině rybníka?

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

Vědci moderní éry strávili několik století

figuring out the answer to this question.

zkoumáním odpovědi na tuto otázku.

Isaac Newton was one of the earliest.

Isaac Newton byl jedním z prvních.

Newton believed that light is made up

Newton věřil, že světlo se skládá

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

z malým, atomům podobných částic, které nazval "tělíska".

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

Používaje tento předpoklad, Newton byl schopen vysvětlit některé vlastnosti světla.

For example, refraction,

Například lom světla,

which is how a beam of light appears to bend

který nám říká, jak se paprsek světla láme,

as it passes from air into water.

když prochází ze vzduchu do vody.

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

Ale ve vědě se mohou i géniové mýlit.

In the 19th century, long after Newton died,

V 19. století, dávno po Newtonově smrti,

scientists did a series of experiments

provedli vědci řadu experimentů,

that clearly showed that light can't be made up

které jasně ukázaly, že světlo se nemůže skládat

of tiny, atom-like particles.

z malých částic podobných atomům.

For one thing, two beams of light that cross paths

Zaprvé: dva paprsky světla, které si zkříží cestu,

don't interact with each other at all.

na sebe vzájemně nepůsobí.

If light were made of tiny, solid balls,

Pokud by světlo bylo složeno z malých, pevných míčků,

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

očekávali byste, že by některé částice z Paprsku A

would crash into some of the particles from Beam B.

narazily do nějakých částic z Paprsku B.

If that happened, the two particles involved in the collision

Pokud by tato situace nastala, obě částice účastnící se kolize

would bounce off in random directions.

by se odrazily v náhodných směrech.

But, that doesn't happen.

Ale tohle se neděje.

The beams of light pass right through each other

Paprsky projdou navzájem skrz,

as you can check for yourself

jak se můžete sami přesvědčit pomocí

with two laser pointers and some chalk dust.

dvou laserových ukazovátek a prachu z křídy.

For another thing, light makes interference patterns.

Za další: světlo vytváří vzorce při vzájemném působení.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

Vzorce při vzájemném působení jsou komplikovaná vlnění, která nastanou,

when two wave patterns occupy the same space.

když se dvě vlnění šíří stejným prostorem.

They can be seen when two objects

Můžete je spatřit, když dva předměty

disturb the surface of a still pond,

dělají vlny na klidné hladině rybníku,

and also when two point-like sources of light

a také když dva bodové zdroje světla

are placed near each other.

umístíte blízko sebe.

Only waves make interference patterns,

Pouze vlnění vytváří vzorce při vzájemném působení,

particles don't.

částice ne.

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

Navíc, jako bonus, porozumění, že světlo se chová jako vlnění,

leads naturally to an explanation of what color is

přirozeně vede k vysvětlení, co je barva

and why that pencil looks yellow.

a proč ta tužka vypadá žlutě.

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

Takže platí, že světlo je vlnění, ne?

Not so fast!

Ne tak rychle!

In the 20th century, scientists did experiments

V 20. století provedli vědci experimenty,

that appear to show light acting like a particle.

které ukazují, že se světlo chová jako částice.

For instance, when you shine light on a metal,

Například když posvítíte na kov,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

světlo přemístí svoji energii do atomů železa

in discrete packets called quanta.

pomocí malých balíčků zvaných "kvanta".

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

Zároveň ale také nemůžeme zapomenout na vzájemné působení.

So these quanta of light aren't at all like

Takže "kvanta" světla vůbec nejsou

the tiny, hard spheres Newton imagined.

malé, pevné koule, jak si představoval Newton.

This result, that light sometimes behaves like a particle

Výsledek, že světlo se někdy chová jako částice

and sometimes behaves like a wave,

a někdy jako vlnění

led to a revolutionary new physics theory called

vedl k nové, revoluční fyzikální teorii zvané

quantum mechanics.

kvantová mechanika.

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

Takže po tom všem, vraťme se zpět k otázce

"What is light?"

"Co je světlo?"

Well, light isn't really like anything

Světlo se nepodobá ničemu,

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

s čím jsme zvyklí pracovat v našem každodenním životě.

Sometimes it behaves like a particle

Někdy se chová jako částice

and other times it behaves like a wave,

a jindy jako vlnění,

but it isn't exactly like either.

ale není přesně ani jedno, ani druhé.