Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Zeeva Livshitz

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

אתם מביטים למטה ורואים עיפרון צהוב מונח על השולחן שלכם.

Your eyes, and then your brain, are collecting

העיניים שלכם, ואז המוח שלכם, אוספים

all sorts of information about the pencil:

כל מיני סוגי מידע על העיפרון:

its size,

color,

הגודל שלו,

הצבע,

shape,

distance,

הצורה,

מרחק,

and more.

ועוד.

But, how exactly does this happen?

אבל, איך בדיוק זה קורה?

The ancient Greeks were the first

היוונים בעת העתיקה היו הראשונים

to think more or less scientifically

לחשוב פחות או יותר בצורה מדעית

about what light is and how vision works.

על מה הוא אור ואיך הראיה עובדת.

Some Greek philosophers,

כמה פילוסופים יוונים,

including Plato and Pythagoras,

כולל אפלטון ופיתגורס,

thought that light originated in our eyes

חשבו שהאור מקורו בעיניינו

and that vision happened when little, invisible probes

ושראיה מתרחשת כשחיישנים קטנים ובלתי נראים

were sent to gather information about far-away objects.

נשלחים ישירות לאסוף מידע על עצמים מרוחקים.

It took over a thousand years

זה לקח יותר מאלף שנים

before the Arab scientist, Alhazen,

לפני שמדען ערבי, אלחסן,

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

הבין שהתאוריה היוונית הישנה על אור לא יכולה להיות נכונה.

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

בהבנתו של אלחסן, העיניים שלכם לא שולחות

invisible, intelligence-gathering probes,

חיישנים חכמים בלתי נראים לאיסוף מידע,

they simply collect the light that falls into them.

הן פשוט אוספות את האור שנופל לתוכן.

Alhazen's theory accounts for a fact

התאוריה של אלחסן לוקחת בחשבון

that the Greek's couldn't easily explain:

את העובדה שהיוונים לא יכלו להסביר בקלות:

why it gets dark sometimes.

למה נעשה חשוך מדי פעם.

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

הרעיון הוא שלמעשה יש מעט מאוד עצמים שמפיצים אור בעצמם.

The special, light-emitting objects,

החפצים המיוחדים, שמפיצים אור,

like the sun

כמו השמש

or a lightbulb,

are known as sources of light.

או נורה,

ידועים כמקורות אור.

Most of the things we see,

רוב הדברים שאנחנו רואים,

like that pencil on your desk,

כמו העיפרון על השולחן שלכם,

are simply reflecting light from a source

הם פשוט מחזירים אור ממקור

rather than producing their own.

ולא מייצרים אור בעצמם.

So, when you look at your pencil,

אז, כשאתם מביטים בעיפרון,

the light that hits your eye actually originated at the sun

האור שפוגע בעיניכם מקורו למעשה בשמש

and has traveled millions of miles across empty space

והוא נע מיליוני קילומטרים בחלל ריק

before bouncing off the pencil and into your eye,

לפני שהוחזר מהעיפרון לעיניכם,

which is pretty cool when you think about it.

שזה די מגניב כשחושבים על זה.

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

אבל, מה הוא בדיוק הדבר שמוקרן מהשמש

and how do we see it?

ואיך אנחנו רואים אותו?

Is it a particle, like atoms,

האם זה חלקיק, כמו אטומים,

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

או האם זה גל, כמו אדוות על פני בריכה?

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

מדענים בעידן המודרני יבלו מאתיים שנה

figuring out the answer to this question.

בלהבין את התשובה לשאלה הזו.

Isaac Newton was one of the earliest.

אייזיק ניוטון היה אחד מהראשונים.

Newton believed that light is made up

ניוטון האמין שאור עשוי

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

מחלקיקים קטנטנים, דמויי אטומים, להם הוא קרא קורפוסלס.

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

בשימוש בהנחה הזו, הוא היה מסוגל להסביר כמה מהתכונות של האור.

For example, refraction,

לדוגמה, החזרה,

which is how a beam of light appears to bend

שזו הדרך בה נדמה שאלומת אור מתעקמת

as it passes from air into water.

כשהיא עוברת מאויר למים.

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

אבל, במדע, אפילו גאונים טועים לפעמים.

In the 19th century, long after Newton died,

במאה ה 19, הרבה אחרי שניוטון מת,

scientists did a series of experiments

מדענים עשו שורה של ניסויים

that clearly showed that light can't be made up

שיכולים להראות בברור שאור לא יכול להיות עשוי

of tiny, atom-like particles.

מחלקיקים דמויי אטומים.

For one thing, two beams of light that cross paths

דבר ראשון, שתי קרני אור שחוצות אחת את השנייה

don't interact with each other at all.

לא פועלות זו על זו בכלל.

If light were made of tiny, solid balls,

אם אור היה עשוי מכדורים, זעירים ומוצקים,

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

אז הייתם מצפים שכמה חלקיקים מקרן א,

would crash into some of the particles from Beam B.

יתנגשו בחלקיקים שמגיעים מקרן ב.

If that happened, the two particles involved in the collision

אם זה היה קורה, שני החלקיקים שמעורבים בהתנגשות

would bounce off in random directions.

היו ניתזים לכיוונים אקראיים.

But, that doesn't happen.

אבל, זה לא קורה.

The beams of light pass right through each other

קרני האור עוברות אחת דרך השניה

as you can check for yourself

כמו שאתם יכולם לבדוק בעצמכם

with two laser pointers and some chalk dust.

עם שני סמני לייזר וקצת אבק גיר.

For another thing, light makes interference patterns.

דבר נוסף הוא שאור יוצר תבניות התאבכות.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

תבניות התאבכות הן מבנים מורכבים שקורים

when two wave patterns occupy the same space.

כששתי תבניות גל תופסות את אותו המקום.

They can be seen when two objects

הן יכולות להופיע כששני אובייקטים

disturb the surface of a still pond,

מפריעים למשטח של בריכה שקטה,

and also when two point-like sources of light

וגם כששני מקורות אור נקודתיים

are placed near each other.

מונחים אחד ליד השני.

Only waves make interference patterns,

רק גלים יוצרים תבניות התאבכות,

particles don't.

חלקיקים לא.

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

וכבונוס, הבנה שאור מתנהג כגל

leads naturally to an explanation of what color is

מובילה כמובן להסבר של מהו צבע

and why that pencil looks yellow.

ולמה העיפרון נראה צהוב.

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

אז, יישבנו את זה אז, אור הוא גל, נכון?

Not so fast!

לא כל כך מהר!

In the 20th century, scientists did experiments

במאה ה20, מדענים ערכו ניסויים

that appear to show light acting like a particle.

שנראה שהוכיחו שאור מתנהג כמו חלקיקים.

For instance, when you shine light on a metal,

לדוגמה, כשאתם מאירים אור על מתכת,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

האור מעביר את האנרגיה שלו לאטומים של המתכת

in discrete packets called quanta.

בשיעורים קבועים שנקראים קוונטות.

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

אבל, אנחנו לא יכולים לשכוח את התכונות כמו התאבכות.

So these quanta of light aren't at all like

אז הקוונטות האלה של אור בכלל לא כמו

the tiny, hard spheres Newton imagined.

הכדוריות הקשות והקטנטנות האלה שניוטון דמיין.

This result, that light sometimes behaves like a particle

התוצאה הזו, שאור לפעמים מתנהג כחלקיקים

and sometimes behaves like a wave,

ולפעמים מתנהג כגל,

led to a revolutionary new physics theory called

הובילה לתאוריית פיזיקה חדשה ומהפכנית שנקראת

quantum mechanics.

מכניקה קוונטית.

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

אז, אחרי כל זה, בואו נחזור לשאלה,

"What is light?"

"מה הוא אור?"

Well, light isn't really like anything

ובכן, אור בעצם לא דומה לשום דבר

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

שאנחנו רגילים להתמודד אתו בחיינו היום יומיים.

Sometimes it behaves like a particle

לפעמים הוא מתנהג כמו חלקיק

and other times it behaves like a wave,

ופעמים אחרות הוא מתנהג כמו גל,

but it isn't exactly like either.

אבל הוא לא בדיוק כמו אחד מהם.