Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

Είναι το φως σωματίδιο ή κύμα - Κολμ Κέλεχερ

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Μετάφραση: ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΜΑΚΡΗ Επιμέλεια: Mary Keramida

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

Κοιτάς και βλέπεις ένα κίτρινο μολύβι πάνω στο γραφείο σου.

Your eyes, and then your brain, are collecting

Τα μάτια σου και μετά το μυαλό σου, συλλέγουν

all sorts of information about the pencil:

πολλές πληροφορίες γι' αυτό:

its size,

color,

το μέγεθος,

το χρώμα,

shape,

distance,

το σχήμα

and more.

την απόστασή του,

But, how exactly does this happen?

και πολλά άλλα.

Μα, πώς ακριβώς συμβαίνει αυτό;

The ancient Greeks were the first

Οι αρχαίοι Έλληνες ήταν οι πρώτοι

to think more or less scientifically

που θεώρησαν σχεδόν επιστημονικά το φως και την όραση.

about what light is and how vision works.

Some Greek philosophers,

Κάποιοι Έλληνες φιλόσοφοι, όπως ο Πλάτωνας και ο Πυθαγόρας,

including Plato and Pythagoras,

thought that light originated in our eyes

πίστευαν ότι το φως πηγάζει από τα μάτια μας

and that vision happened when little, invisible probes

κι η όραση συνέβαινε καθώς αόρατοι ανιχνευτές

were sent to gather information about far-away objects.

αποστέλλονταν, συλλέγοντας πληροφορίες για τα αντικείμενα.

It took over a thousand years

Χρειάστηκαν κάπου χίλια χρόνια

before the Arab scientist, Alhazen,

μέχρι που ο Άραβας επιστήμονας Αλχάζεν,

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

κατάλαβε ότι η παλιά θεωρία των Ελλήνων για το φως δεν ήταν σωστή.

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

Σύμφωνα με τον Αλχάζεν, τα μάτια μας δεν αποστέλλουν

invisible, intelligence-gathering probes,

αόρατους ευφυείς ανιχνευτές για τη συλλογή πληροφορίας,

they simply collect the light that falls into them.

απλά συλλέγουν το φως που πέφτει σε αυτά.

Alhazen's theory accounts for a fact

Η θεωρία του Αλχάζεν εξηγεί αυτό που οι Έλληνες δεν μπορούσαν:

that the Greek's couldn't easily explain:

why it gets dark sometimes.

Το γεγονός ότι σκοτεινιάζει κάποιες στιγμές.

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

Η ιδέα έχει ως εξής: Φως εκπέμπουν ελάχιστα αντικείμενα.

The special, light-emitting objects,

Τα ιδιαίτερα αυτά αντικείμενα που εκπέμπουν φως,

like the sun

όπως ο ήλιος

or a lightbulb,

are known as sources of light.

ή μια λάμπα,

ονομάζονται φωτεινές πηγές.

Most of the things we see,

Τα περισσότερα από όσα βλέπουμε,

like that pencil on your desk,

όπως το μολύβι στο γραφείο,

are simply reflecting light from a source

απλά ανακλούν το φως από μια πηγή

rather than producing their own.

και δεν παράγουν δικό τους φως.

So, when you look at your pencil,

'Ετσι όταν βλέπεις το μολύβι σου,

the light that hits your eye actually originated at the sun

το φως που πέφτει στα μάτια σου, προέρχεται στην ουσία από τον ήλιο

and has traveled millions of miles across empty space

και έχει ταξιδέψει χιλιάδες χιλιόμετρα στο διάστημα,

before bouncing off the pencil and into your eye,

πριν προσπέσει πάνω στο μολύβι και στη συνέχεια στα μάτια σου,

which is pretty cool when you think about it.

το οποίο είναι εξαιρετικό αν το καλοσκεφτείς.

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

Μα τι ακριβώς εκπέμπεται από τον ήλιο

and how do we see it?

και πώς το βλέπουμε;

Is it a particle, like atoms,

Είναι σωματίδιο παρόμοιο με τα άτομα

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

ή μήπως μοιάζει με κύμα όπως στην επιφάνεια μιας λίμνης;

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

Οι επιστήμονες της σύγχρονης εποχής έχουν ξοδέψει μερικές εκατοντάδες χρόνια

figuring out the answer to this question.

προσπαθώντας να απαντήσουν σε αυτό το ερώτημα.

Isaac Newton was one of the earliest.

Από τους πρωτοπόρους ήταν ο Ισαάκ Νεύτων.

Newton believed that light is made up

Ο Νεύτωνας πίστευε ότι το φως απαρτίζεται από μικροσκοπικά σωματίδια

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

σαν τα άτομα, που αποκάλεσε corpuscles.

Με βάση αυτήν τη παραδοχή εξηγούμε πλέον κάποιες από τις ιδιότητες του φωτός.

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

For example, refraction,

Για παράδειγμα τη διάθλαση,

which is how a beam of light appears to bend

όπου μια δέσμη φωτεινών ακτίνων αλλάζει πορεία

as it passes from air into water.

καθώς περνάει από τον αέρα στο νερό.

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

Μα στην επιστήμη, ακόμα και οι διάνοιες μπορούν να σφάλουν.

In the 19th century, long after Newton died,

Τον 19ο αιώνα, αρκετά μετά τον θάνατο του Νεύτωνα,

scientists did a series of experiments

οι επιστήμονες διεξήγαγαν μια σειρά πειραμάτων

that clearly showed that light can't be made up

όπου απέδειξαν ότι το φως δεν μπορεί να αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια.

of tiny, atom-like particles.

For one thing, two beams of light that cross paths

Για παράδειγμα όταν δύο δέσμες φωτός διασταυρώνονται

don't interact with each other at all.

δεν αλληλεπιδρούν καθόλου μεταξύ τους.

If light were made of tiny, solid balls,

Αν το φως αποτελείτο από μικροσκοπικά συμπαγή σφαιρίδια

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

τότε θα περιμέναμε κάποια από τα σφαιρίδια της Α δέσμης

would crash into some of the particles from Beam B.

να συγκρουστούν με κάποια από τα σφαιρίδια της Β δέσμης.

If that happened, the two particles involved in the collision

Αν συνέβαινε αυτό, τα σωματίδια που συμμετείχαν στην σύγκρουση

would bounce off in random directions.

θα ανακλώνται σε τυχαίες διευθύνσεις.

But, that doesn't happen.

Όμως, αυτό δεν φαίνεται να ισχύει.

The beams of light pass right through each other

Οι φωτεινές δέσμες διαπερνούν η μία την άλλη

as you can check for yourself

όπως μπορείτε να δείτε με δύο δείκτες λέιζερ

with two laser pointers and some chalk dust.

For another thing, light makes interference patterns.

και λίγο σκόνη κιμωλίας.

Από την άλλη όμως, το φως δημιουργεί μοτίβα συμβολής.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

Πρόκειται για πολύπλοκες μορφές κυματισμού που προκύπτουν

when two wave patterns occupy the same space.

όταν δύο κυματικά μοτίβα καταλαμβάνουν τον ίδιο χώρο.

They can be seen when two objects

Παρατηρούνται όταν δύο αντικείμενα

disturb the surface of a still pond,

διαταράξουν την ήρεμη επιφάνεια μιας λίμνης,

and also when two point-like sources of light

καθώς και όταν δύο σημειακές πηγές φωτός

are placed near each other.

τοποθετηθούν η μία κοντά στην άλλη.

Only waves make interference patterns,

Μόνο τα κύματα διαμορφώνουν μοτίβα συμβολής.

particles don't.

Tα σωματίδια, όχι.

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

Και σαν ένα είδος δώρου, η θεώρηση του φωτός ως κύμα,

leads naturally to an explanation of what color is

οδηγεί με φυσικό τρόπο στην εξήγηση του τι είναι χρώμα

and why that pencil looks yellow.

και γιατί το μολύβι φαίνεται κίτρινο.

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

Έτσι, τακτοποιήθηκε το θέμα, το φως είναι κύμα, σωστά;

Μην βιάζεστε!

Not so fast!

In the 20th century, scientists did experiments

Στον 20o αιώνα οι επιστήμονες διεξήγαγαν πειράματα

that appear to show light acting like a particle.

όπου το φως έμοιαζε να συμπεριφέρεται ως σωματίδιο.

For instance, when you shine light on a metal,

Για παράδειγμα, όταν προσπέσει δυνατό φως πάνω σε μεταλλική επιφάνεια,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

το φως μεταφέρει ενέργεια στα άτομα του μετάλλου

in discrete packets called quanta.

με τη μορφή διακριτών ποσών ενέργειας που ονομάζονται κβάντα.

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

Ωστόσο δεν μπορούμε να ξεχάσουμε ιδιότητες του φωτός όπως η συμβολή.

So these quanta of light aren't at all like

Έτσι τα κβάντα φωτός δεν είναι

the tiny, hard spheres Newton imagined.

σαν τα μικροσκοπικά και συμπαγή σφαιρίδια που θεώρησε ο Νεύτωνας.

This result, that light sometimes behaves like a particle

Το γεγονός ότι το φως συμπεριφέρεται πότε σαν σωματίδιο και πότε σαν κύμα,

and sometimes behaves like a wave,

οδήγησε σε μια επαναστατική θεωρία της φυσικής που ονομάζεται

led to a revolutionary new physics theory called

quantum mechanics.

κβαντομηχανική

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

Έτσι μετά από όλα αυτά, ας επιστρέψουμε στην ερώτηση:

"What is light?"

«Τι είναι φως».

Well, light isn't really like anything

Λοιπόν το φως δεν μοιάζει με τίποτα από αυτά

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

Sometimes it behaves like a particle

που συναντάμε καθημερινά.

Άλλοτε συμπεριφέρεται σαν σωματίδιο,

and other times it behaves like a wave,

και άλλοτε σαν κύμα,

but it isn't exactly like either.

αλλά δεν είναι ακριβώς όμοιο με τίποτε από αυτά.