Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

Свет — частица или волна? — Колм Келлехер

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Переводчик: Anastasia Yushkina Редактор: Irina Zhandarova

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

Вы смотрите вниз и видите на столе жёлтый карандаш.

Your eyes, and then your brain, are collecting

Ваши глаза, а затем и ваш мозг, собирают

all sorts of information about the pencil:

различного рода информацию:

its size,

color,

размер карандаша,

его цвет,

shape,

distance,

форма,

расстояние до него,

and more.

и многое другое.

But, how exactly does this happen?

Но как именно это происходит?

The ancient Greeks were the first

Древние греки были первыми,

to think more or less scientifically

кто выдвинул более-менее научные предположения

about what light is and how vision works.

о том, что есть свет, и как работает зрение.

Some Greek philosophers,

Некоторые греческие философы,

including Plato and Pythagoras,

включая Платона и Пифагора,

thought that light originated in our eyes

считали, что свет зарождается в наших глазах,

and that vision happened when little, invisible probes

и зрение появляется, когда мы отправляем маленькие невидимые зонды

were sent to gather information about far-away objects.

для получения информации об объектах на расстоянии.

It took over a thousand years

Прошло более тысячи лет до того,

before the Arab scientist, Alhazen,

как арабский ученый Ибн ал-Хайсам выяснил,

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

что древнегреческая теория света была неверна.

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

По мнению Ибн ал-Хайсама, наши глаза не отправляют никаких

invisible, intelligence-gathering probes,

невидимых разведывательных зондов,

they simply collect the light that falls into them.

они просто-напросто собирают свет, который на них падает.

Alhazen's theory accounts for a fact

Теория Ибн ал-Хайсама внесла ясность в один факт,

that the Greek's couldn't easily explain:

который греки не могли толком объяснить:

why it gets dark sometimes.

почему иногда становится темно?

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

Идея такова, что лишь немногие объекты излучают свой собственный свет.

The special, light-emitting objects,

Эти особые светоизлучающие объекты,

like the sun

такие как Солнце

or a lightbulb,

are known as sources of light.

или лампочка,

называются «источниками света».

Most of the things we see,

Однако большинство вещей, которые мы видим,

like that pencil on your desk,

как карандаш на вашем столе,

are simply reflecting light from a source

лишь отражают свет от источника,

rather than producing their own.

а не производят свой собственный.

So, when you look at your pencil,

Так что, когда вы смотрите на свой карандаш,

the light that hits your eye actually originated at the sun

свет, который видят ваши глаза, возникает на Солнце

and has traveled millions of miles across empty space

и преодолевает миллионы километров в пространстве,

before bouncing off the pencil and into your eye,

прежде чем отразиться от карандаша и попасть в ваши глаза,

which is pretty cool when you think about it.

что довольно круто, если задуматься.

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

Но что же именно излучается Солнцем,

and how do we see it?

и как мы это видим?

Is it a particle, like atoms,

Может, это частицы, как атомы,

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

или же это волны, как рябь на поверхности пруда?

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

Современные учёные потратили бы пару сотен лет,

figuring out the answer to this question.

пытаясь найти ответ на этот вопрос.

Isaac Newton was one of the earliest.

Исаак Ньютон был одним из первых.

Newton believed that light is made up

Ньютон считал, что свет состоит

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

из крошечных частиц, подобных атомам, которые он называл «корпускулами».

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

Используя это предположение, он смог объяснить некоторые свойства света.

For example, refraction,

Например, преломление,

which is how a beam of light appears to bend

то есть, как луч света изменяет направление,

as it passes from air into water.

когда переходит из воздуха в воду.

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

Но в науке даже гении иногда допускают ошибки.

In the 19th century, long after Newton died,

В 19-м веке, через много лет после смерти Ньютона,

scientists did a series of experiments

учёные провели серию экспериментов,

that clearly showed that light can't be made up

которые показали, что свет не может состоять

of tiny, atom-like particles.

из крошечных частиц, подобных атомам.

For one thing, two beams of light that cross paths

Прежде всего, два луча света, которые пересекаются,

don't interact with each other at all.

никак друг с другом не взаимодействуют.

If light were made of tiny, solid balls,

Если бы свет состоял из маленьких твёрдых шариков,

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

следовало бы ожидать, что некоторые частицы луча А

would crash into some of the particles from Beam B.

столкнулись бы с некоторыми частицами луча В.

If that happened, the two particles involved in the collision

И тогда частицы, участвовавшие в столкновении,

would bounce off in random directions.

отскакивали бы в разных направлениях.

But, that doesn't happen.

Но это не происходит.

The beams of light pass right through each other

Два луча проходят сквозь друг друга,

as you can check for yourself

как вы сами можете убедиться,

with two laser pointers and some chalk dust.

используя две лазерные указки и порошок.

For another thing, light makes interference patterns.

Во-вторых, свет создаёт интерференционные картины.

Interference patterns are the complicated undulations that happen

Интерференционные картины — это сложные волны, которые появляются,

when two wave patterns occupy the same space.

когда две волны находятся в одном пространстве.

They can be seen when two objects

Эти картины можно увидеть, когда два объекта

disturb the surface of a still pond,

касаются неподвижной глади пруда,

and also when two point-like sources of light

или когда два направленных источника света

are placed near each other.

находятся рядом друг с другом.

Only waves make interference patterns,

Только волны создают интерференционные картины,

particles don't.

частицы — нет.

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

Осознание того, что свет ведёт себя как волна,

leads naturally to an explanation of what color is

объясняет нам, что такое цвет,

and why that pencil looks yellow.

и почему карандаш выглядит жёлтым.

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

Значит, всё-таки свет — это волна, правильно?

Not so fast!

Не тут-то было!

In the 20th century, scientists did experiments

В 20-м веке учёные провели эксперименты,

that appear to show light acting like a particle.

которые выявили, что свет ведёт себя как частица.

For instance, when you shine light on a metal,

К примеру, если направить свет на металл,

the light transfers its energy to the atoms in the metal

свет передаст свою энергию атомам металла

in discrete packets called quanta.

дискретными порциями, которые называются квантами.

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

Но, в то же время, нельзя ведь просто забыть о таком свойстве, как интерференция.

So these quanta of light aren't at all like

То есть, эти кванты света — совсем не те

the tiny, hard spheres Newton imagined.

крошечные твёрдые сферы, которые представлял Ньютон.

This result, that light sometimes behaves like a particle

Тот факт, что свет иногда ведёт себя как частица,

and sometimes behaves like a wave,

а иногда — как волна,

led to a revolutionary new physics theory called

дал начало новой революционной теории под названием

quantum mechanics.

«квантовая механика».

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

Итак, давайте всё-таки вернёмся к вопросу,

"What is light?"

что есть свет?

Well, light isn't really like anything

Что ж, свет совсем не похож на всё,

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

с чем мы сталкиваемся в повседневной жизни.

Sometimes it behaves like a particle

Иногда он действует как частица,

and other times it behaves like a wave,

а иногда — как волна,

but it isn't exactly like either.

но на самом деле не является ни тем, ни другим.