Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

Ist Licht ein Teilchen oder eine Welle? - Colm Kelleher

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Übersetzung: Swaantje Grunefeld Lektorat: Howsam Sopeh

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

Du schaust auf deinen Tisch und siehst einen gelben Stift.

Your eyes, and then your brain, are collecting

Deine Augen und dein Gehirn sammeln

all sorts of information about the pencil:

alle mögliche Information über den Stift:

its size,

color,

Größe, Farbe,

shape,

distance,

Form, Entfernung,

and more.

und mehr.

But, how exactly does this happen?

Aber wie genau passiert das?

The ancient Greeks were the first

Die alten Griechen waren die ersten,

to think more or less scientifically

die mehr oder minder wissenschaftlich

about what light is and how vision works.

über Licht und Sicht nachdachten.

Some Greek philosophers,

Manche griechische Philosophen,

including Plato and Pythagoras,

wie Plato und Pythagoras, dachten,

thought that light originated in our eyes

dass Licht in unseren Augen entsteht

and that vision happened when little, invisible probes

und dass wir sehen können,

weil kleine, unsichtbaren Sonden ausgesendet werden

were sent to gather information about far-away objects.

und Information sammeln.

It took over a thousand years

Es dauerte mehr als tausend Jahre

before the Arab scientist, Alhazen,

bis der arabische Wissenschaftler, Alhazen, herausfand,

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

dass die alte griechische Theorie über Licht falsch war.

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

Alhazen erkannte, dass unsere Augen

invisible, intelligence-gathering probes,

keine unsichtbaren Sonden zur Informationssammlung aussenden,

they simply collect the light that falls into them.

sondern Licht sammeln, das auf sie fällt.

Alhazen's theory accounts for a fact

Ahazens Theorie erklärt,

was die Griechen nicht leicht erklären konnten:

that the Greek's couldn't easily explain:

why it gets dark sometimes.

Warum es manchmal dunkel wird.

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

Nur sehr wenige Objekte strahlen ihr eigenes Licht aus.

The special, light-emitting objects,

Die besonderen, Licht emittierenden Objekte,

like the sun

wie die Sonne

or a lightbulb,

are known as sources of light.

oder eine Glühbirne,

werden Lichtquellen genannt.

Most of the things we see,

Die meisten Sachen, die wir sehen,

like that pencil on your desk,

wie der Stift auf deinem Tisch,

are simply reflecting light from a source

reflektieren einfach das Licht von einer Quelle,

rather than producing their own.

statt selbst Licht zu produzieren.

So, when you look at your pencil,

Also, wenn du deinen Stift anschaust,

the light that hits your eye actually originated at the sun

kommt das Licht von der Sonne, das auf dein Auge trifft,

and has traveled millions of miles across empty space

und ist Millionen von Meilen durch leerem Raum gereist,

before bouncing off the pencil and into your eye,

bevor es von dem Stift in deinem Augen reflektiert wurde.

which is pretty cool when you think about it.

Ziemlich cool, wenn man darüber nachdenkt!

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

Aber was genau ist das, was von der Sonne ausgestrahlt wird

and how do we see it?

und wie sehen wir es?

Is it a particle, like atoms,

Sind es Teilchen, wie Atome,

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

oder eine Welle, wie Wellen auf einem Teich?

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

Wissenschaftler in der modernen Ära haben sich mehrere hundert Jahre

figuring out the answer to this question.

mit dieser Frage beschäftigt.

Isaac Newton was one of the earliest.

Isaac Newton war einer der Ersten.

Newton believed that light is made up

Newton glaubte, dass Licht aus winzigen,

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

atom-ähnlichen Teilchen besteht, die er Korpuskeln nannte.

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

Mit dieser Annahme konnte er einige Eigenschaften von Licht erklären.

For example, refraction,

Zum Beispiel die Lichtbrechung,

which is how a beam of light appears to bend

die beschreibt, wie ein Lichtstrahl sich zu biegen scheint,

as it passes from air into water.

wenn er von Luft zu Wasser übergeht.

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

Aber in der Wissenschaft liegen auch Genies manchmal falsch.

In the 19th century, long after Newton died,

Im 19. Jahrhundert, lange nachdem Newton gestorben ist,

scientists did a series of experiments

haben Wissenschaftler eine Reihe von Experimenten gemacht,

that clearly showed that light can't be made up

die deutlich zeigten,

of tiny, atom-like particles.

dass Licht nicht aus kleinen, atom-ähnlichen Teilchen besteht.

For one thing, two beams of light that cross paths

Zum einen beeinflussen zwei sich kreuzende Lichtstrahlen

don't interact with each other at all.

sich nicht gegenseitig.

If light were made of tiny, solid balls,

Würde Licht aus kleinen, soliden Bällchen bestehen,

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

würde man erwarten, dass Partikel von Strahl A

would crash into some of the particles from Beam B.

mit Partikeln aus Strahl B kollidieren.

If that happened, the two particles involved in the collision

Wenn das passieren würde, würden zwei Partikel

would bounce off in random directions.

voneinander in irgendwelche Richtungen abprallen.

But, that doesn't happen.

Aber das passiert nicht.

The beams of light pass right through each other

Die Lichtstrahlen durchkreuzen sich,

as you can check for yourself

was man mit zwei Laserpointern

with two laser pointers and some chalk dust.

und Kreidestaub selber prüfen kann.

For another thing, light makes interference patterns.

Zum anderen kann Licht Interferenzmuster bilden.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

Interferenzmuster sind die komplizierten Schwingungen,

when two wave patterns occupy the same space.

die auftreten, wenn zwei Wellen den gleichen Raum benutzen.

They can be seen when two objects

Sie werden gesehen, wenn zwei Gegenstände

disturb the surface of a still pond,

die Oberfläche eines stillen Teiches berühren

and also when two point-like sources of light

oder wenn zwei punktförmige Lichtquellen

are placed near each other.

nah beieinander gestellt werden.

Only waves make interference patterns,

Nur Wellen erzeugen Interferenzmuster,

particles don't.

Teilchen nicht.

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

Zusätzlich führt das Verständnis, das Licht sich wie eine Welle benimmt,

leads naturally to an explanation of what color is

ganz natürlich zu der Erklärung von Farbe

and why that pencil looks yellow.

und warum der Stift gelb aussieht.

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

Also, Licht ist eine Welle, nicht war?

Not so fast!

Nicht so schnell!

In the 20th century, scientists did experiments

Im 20. Jahrhundert machten Wissenschaftler Experimente,

that appear to show light acting like a particle.

bei denen sich das Licht wie ein Teilchen zu benehmen schien.

For instance, when you shine light on a metal,

Wenn du z.B. Licht auf Metall wirfst,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

wird die Lichtenergie an die Atome im Metall

in discrete packets called quanta.

in diskreten Mengen abgegeben, die sich Quanten nennen.

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

Aber wir können die Eigenschaften wie Interferenz nicht einfach vergessen.

So these quanta of light aren't at all like

Diese Lichtquanten sind nicht

wie die winzigen, harten Kugeln die sich Newton vorgestellt hatte.

the tiny, hard spheres Newton imagined.

This result, that light sometimes behaves like a particle

Das Resultat, dass Licht sich manchmal wie ein Teilchen

and sometimes behaves like a wave,

und manchmal wie eine Welle benimmt,

led to a revolutionary new physics theory called

führte zu einer revolutionären neuen Theorie

quantum mechanics.

die sich Quantenmechanik nennt.

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

Also lass uns jetzt zu der Frage zurückkehren:

"What is light?"

"Was ist Licht?"

Well, light isn't really like anything

Licht ist einzigartig --

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

wie nichts, was wir aus unserem Alltag kennen.

Sometimes it behaves like a particle

Manchmal benimmt es sich wie ein Teilchen

and other times it behaves like a wave,

und manchmal wie eine Welle,

but it isn't exactly like either.

aber es ist im Grunde keins von beiden.