Is light a particle or a wave? - Colm Kelleher

แสงเป็นอนุภาคหรือคลื่น - คอล์ม เคลเลเฮอร์ (Colm Kelleher)

Translator: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Translator: Kelwalin Dhanasarnsombut Reviewer: Rawee Ma

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

คุณก้มมองเห็นดินสอสีเหลือง อยู่บนโต๊ะของคุณ

Your eyes, and then your brain, are collecting

ตาของคุณ และจากนั้นก็สมอง กำลังรวบรวม

all sorts of information about the pencil:

ข้อมูลต่าง ๆ เกี่ยวกับดินสอ

its size,

color,

ขนาดของมัน

สี

shape,

distance,

รูปร่าง

ระยะห่าง

and more.

และอีกมากมาย

But, how exactly does this happen?

แต่ว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไรกัน

The ancient Greeks were the first

ชาวกรีกโบราณเป็นพวกแรก

to think more or less scientifically

ที่คิดด้วยกระบวนการวิทยาศาสตร์ ไม่มากก็น้อย

about what light is and how vision works.

เกี่ยวกับแสง และการทำงานของการมองเห็น

Some Greek philosophers,

นักปรัชญากรีกบางคน

including Plato and Pythagoras,

รวมถึงพลาโต และปีธากอรัส

thought that light originated in our eyes

คิดว่าแสดงมีกำเนิดมาจากตาของเรา

and that vision happened when little, invisible probes

และภาพนั้นก็เกิดขึ้น เมื่อหมุดเล็ก ๆ ที่มองไม่เห็น

were sent to gather information about far-away objects.

ถูกส่งออกไปเพื่อรวบรวมข้อมูล เกี่ยวกับวัตถุที่อยู่ไกลออกไป

It took over a thousand years

เวลาผ่านไปกว่าพันปี

before the Arab scientist, Alhazen,

ก่อนที่นักวิทยาศาสตร์อารับ อัลฮาเซน

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

จะพบว่าทฤษฎีเก่าของชาวกรีกที่เกี่ยวกับแสง ไม่ถูกต้อง

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

ในภาพของอัลฮาเซน ตาของคุณไม่ได้ส่ง

invisible, intelligence-gathering probes,

หมุดเล็ก ๆ ที่ฉลาดในการรวมข้อมูลออกไป

they simply collect the light that falls into them.

พวกมันแค่เก็บแสงที่ตกเข้าไปในนั้น

Alhazen's theory accounts for a fact

ทฤษฎีของอัลฮาเซนเกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริง

that the Greek's couldn't easily explain:

ที่ชาวกรีกไม่อาจอธิบายได้โดยง่าย

why it gets dark sometimes.

ทำไมบางครั้งมันถึงมืด

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

แนวคิดก็คือ อันที่จริงมีวัตถุไม่กี่อย่าง ที่เปล่งแสงออกมาเองได้

The special, light-emitting objects,

วัตถุพิเศษที่เปล่งแสงได้

like the sun

อย่างเช่น ดวงอาทิตย์

or a lightbulb,

are known as sources of light.

หรือหลอดไฟ

เป็นที่รู้จักกันในฐานะ แหล่งของแสง

Most of the things we see,

ของส่วนใหญ่ที่เราเห็น

like that pencil on your desk,

เช่น ดินสอบนโต๊ะของคุณ

are simply reflecting light from a source

แค่สะท้อนแสงจากแหล่งของแสง

rather than producing their own.

แทนที่จะผลิตแสงเสียเอง

So, when you look at your pencil,

ฉะนั้น เมื่อคุณมองดูที่ดินสอของคุณ

the light that hits your eye actually originated at the sun

แสงที่ตกกระทบตา แท้จริงแล้วมาจากดวงอาทิตย์

and has traveled millions of miles across empty space

และเดินทางข้ามอวกาศมาเป็นล้าน ๆ ไมล์

before bouncing off the pencil and into your eye,

ก่อนที่จะสะท้อนจากดินสอ และเข้าไปในตาคุณ

which is pretty cool when you think about it.

ซึ่งค่อนข้างจะเจ๋งทีเดียว ถ้าคุณลองคิดดู

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

แต่สิ่งที่เปล่งออกมาจากดวงอาทิตย์คืออะไร

and how do we see it?

และเราเห็นมันได้อย่างไร

Is it a particle, like atoms,

มันคืออนุภาพ อย่างเช่น อะตอม

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

หรือมันเป็นคลื่น เช่นเดียวกับคลื่น ที่อยู่บนผิวสระน้ำ

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

นักวิทยาศาสตร์ในยุคใหม่ อาจใช้เวลาสองสามร้อยปี

figuring out the answer to this question.

ในการพยายามค้นหาคำตอบต่อคำถามนี้

Isaac Newton was one of the earliest.

ไอแซค นิวตัน เป็นหนึ่งในนั้น

Newton believed that light is made up

นิวตันเชื่อว่าแสงประกอบขึ้น

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

จากอนุภาคคล้ายอะตอมขนาดเล็ก ซึ่งเขาเรียกว่า คอร์ปัสเคิล

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

ด้วยข้อสรุปนี้ เขาสามารถอธิบาย คุณสมบัติของแสงได้

For example, refraction,

ยกตัวอย่างเช่น การสะท้อน

which is how a beam of light appears to bend

ซึ่งคือการที่ลำแสงเลี้ยวเบน

as it passes from air into water.

เมื่อมันผ่านจากอากาศไปสู่น้ำ

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

แต่ ในวิทยาศาสตร์ แม้แต่อัฉริยะก็ผิดพลาดกันได้ในบางครั้ง

In the 19th century, long after Newton died,

ในศตวรรษที่ 19 นานหลังจากนิวตันเสียชีวิต

scientists did a series of experiments

นักวิทยาศาสตร์ทั้งหลายได้ทำการทดลอง

that clearly showed that light can't be made up

ที่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า แสงไม่ได้ประกอบด้วย

of tiny, atom-like particles.

อนุภาคคล้ายอะตอมขนาดเล็ก

For one thing, two beams of light that cross paths

อย่างหนึ่งก็คือ ลำแสงทั้งสองที่ตัดกัน

don't interact with each other at all.

ไม่ได้มีปฏิกิริยาต่อกันเลย

If light were made of tiny, solid balls,

ถ้าแสงประกอบด้วยลูกบอลแข็ง ๆ ขนาดเล็ก

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

คุณคงจะคาดว่าอนุภาคบางส่วนจากลำแสง A

would crash into some of the particles from Beam B.

จะชนเข้ากับอนุภาคบางส่วนจากลำแสง B

If that happened, the two particles involved in the collision

ถ้านั่นเป็นสิ่งที่เกิดขึ้น อนุภาคทั้งสอง ที่มีส่วนร่วมในการชน

would bounce off in random directions.

ก็จะสะท้อนออกไปในทิศทางอย่างสุ่ม

But, that doesn't happen.

แต่นั่นไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้น

The beams of light pass right through each other

ลำแสงผ่านไปมาระหว่างกันและกัน

as you can check for yourself

ดังที่คุณสามารถลองทำดูได้

with two laser pointers and some chalk dust.

ด้วยเลเซอร์พอยเตอร์สองอัน และฝุ่นชอล์คนิดหน่อย

For another thing, light makes interference patterns.

อีกอย่างหนึ่ง แสงมีรูปแบบการแทรกสอด

Interference patterns are the complicated undulations that happen

รูปแบบการแทรกสอดคือ ระลอกคลื่นซับซ้อนที่เกิดขึ้น

when two wave patterns occupy the same space.

เมื่อรูปแบบคลื่นทั้งสองเข้ามา อยู่ในบริเวณเดียวกัน

They can be seen when two objects

พวกมันสามารถถูกเห็นได้เมื่อมีสองวัตถุ

disturb the surface of a still pond,

รบกวนผิวของบ่อน้ำนิ่ง

and also when two point-like sources of light

และเมื่อสองจุดของแหล่งแสง

are placed near each other.

ถูกวางไว้ใกล้กัน

Only waves make interference patterns,

มีแต่คลื่นเท่านั้นที่มีรูปแบบการแทรกสอด

particles don't.

อนุภาคไม่มี

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

และ แถมให้อีกนิด การทำความเข้าใจว่า แสงมีพฤติกรรมเหมือนคลื่น

leads naturally to an explanation of what color is

นำไปสู่คำอธิบายว่าสีคืออะไร

and why that pencil looks yellow.

และทำไมดินสอจึงเป็นสีเหลือง

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

ถ้าอย่างนั้น มันก็ลงตัวแล้วสินะ แสงเป็นคลื่นใช่ไหม

Not so fast!

ช้าก่อน

In the 20th century, scientists did experiments

ในศตวรรษที่ 20 นักวิทยาศาสตร์ทำการทดลอง

that appear to show light acting like a particle.

ที่แสดงให้เห็นว่า แสงมีพฤติกรรม เหมือนกับอนุภาค

For instance, when you shine light on a metal,

ยกตัวอย่างเช่น เมื่อคุณส่องไฟไปยังโลหะ

the light transfers its energy to the atoms in the metal

แสงส่งผ่านพลังงานของมัน ไปยังอะตอมในโลหะ

in discrete packets called quanta.

ในชุดแบบเต็มหน่วย ที่เรียกว่า ควอนตา

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

แต่ เราไม่อาจลืมคุณสมบัติของมัน อย่างการแทรกสอดได้เช่นกัน

So these quanta of light aren't at all like

ฉะนั้น ควอนตาของแสงเหล่านี้ ไม่ได้เหมือนกับ

the tiny, hard spheres Newton imagined.

ทรงกลมแข็งขนาดเล็ก ที่นิวตันจินตนาการเอาไว้เสียทีเดียว

This result, that light sometimes behaves like a particle

สิ่งนี้เป็นเหตุให้แสง บางครั้งก็มีพฤติกรรมเหมือนอนุภาค

and sometimes behaves like a wave,

และบางครั้งก็มีพฤติกรรมเหมือนคลื่น

led to a revolutionary new physics theory called

ซึ่งนำไปสู่การปฏิวัติทฤษฎีฟิสิกส์ที่เรียกว่า

quantum mechanics.

กลศาสตร์ควอนตัม

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

เอาละ จากทั้งหมดนี้ เราย้อนกลับไปที่คำถาม

"What is light?"

"แสงคืออะไร"

Well, light isn't really like anything

แสงไม่ได้เหมือนอะไรจริง ๆ สักอย่าง

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

ที่พวกเขาเคยเจอในชีวิตประจำวัน

Sometimes it behaves like a particle

บางครั้งมันทำตัวเหมือนอนุภาค

and other times it behaves like a wave,

และบางทีก็ทำตัวเหมือนคลื่น

but it isn't exactly like either.

แต่มันไม่ใช่อะไรทั้งสองอย่างนี้จริง ๆ