Co rozumiemy poprzez pojęcie światła?

Natura światła – fala czy strumień cząstek

 

Światło towarzyszy nam przez większą część doby i pozwala funkcjonować. Za dnia korzystamy z naturalnego światła słonecznego, zaś po zmroku stosujemy oświetlenie sztuczne, które znacznie wydłuża naszą aktywność. Czym jest światło?
 

W XVII wieku funkcjonowały dwie teorie na temat natury światła. Według koncepcji stworzonej przez Isaaca Newtona światło jest strumieniem korpuskuł , czyli poruszających się w określonym kierunku cząstek. Christiaan Huygens był natomiast zdania, że światło to fala. Dwieście lat później Clerk Maxwell potwierdził teorię tego ostatniego precyzując, że światło jest falą elektromagnetyczną. Obecnie wiadomo, że światło ma naturę dwoistą, a więc jest zarówno falą elektromagnetyczną, jak i strumieniem cząstek, a dokładnie fotonów. Tę dwoistą naturę światła określa się jako dualizm korpuskularno-falowy i aby tego dowieść, konieczne jest przeprowadzanie dwóch zupełnie różnych eksperymentów.

Światło jako fala elektromagnetyczna

 

Doświadczenie potwierdzające, że światło jest falą, po raz pierwszy wykonał Young w 1802 roku. Eksperyment polegał na tym, że strumień światła przechodził przez dwie szczeliny stając się źródłem nowych fal, które następnie ulegały interferencji. Zjawisko to w uproszczeniu polega na wzmocnieniu lub wygaszeniu amplitudy fal w wyniku ich nakładania się na siebie. W efekcie zauważyć można na ustawionym przed źródłem światła i szczelinami ekranie jasne i ciemne miejsca, w których nastąpiło odpowiednio wzmocnienie lub wytłumienie fal.

Światło jako strumień cząsteczek

 

Światło to również strumień fotonów, czyli kwantów (najmniejszych możliwych porcji) energii promieniowania świetlnego. Aby to udowodnić, należy skupić się na zjawisku fotoelektrycznym: kiedy światło pada na powierzchnię metalu, cząsteczki wnikają do jego wnętrza i w wyniku zderzeń przekazują elektronom część energii zwiększając w ten sposób ich energię kinetyczną.

Dwoista natura światła

 

Zaobserwowanie podwójnej natury światła w tym samym czasie przez wiele lat się nie udawało, jednak w 2015 roku naukowcy z Federalnej Politechniki w Lozannie przeprowadzili eksperyment, który to umożliwił. Zespół prowadzony przez Fabrizio Carbone wpuścił laserowy impuls światła do specjalnie skonstruowanego metalicznego nanokabla, dodając tym samym energii naładowanym cząstkom. W efekcie zaczęły one wibrować. Światło w kablu poruszało się w przeciwnych kierunkach, a w pewnych monetach spotykało wytwarzając falę.

 

Ponadto naukowcy wystrzelili w pobliżu kabla strumień elektronów zmieniających prędkość poruszania się po trafieniu w falę. Przy pomocy odpowiedniego mikroskopu badacze wykryli moment przyspieszania i zwalniania elektronów, dzięki czemu możliwe było zobrazowanie stojącej fali będącej jednocześnie zbiorem cząsteczek. Chociaż wielokrotnie wcześniej przeprowadzano eksperymenty mające na celu udowodnienie dualizmu korpuskularno-falowego, zaobserwowanie obydwu aspektów światła w tym samym czasie udało się dopiero zespołowi Fabrizio Carbone.

Światło w znaczeniu potocznym

 

Światło inaczej postrzegane jest w nauce, a trochej inne znaczenie ma w rozumieniu potocznym. Zazwyczaj określenie to stosujemy myśląc o widzialnej części promieniowania elektromagnetycznego, a więc promieniowania widzialnego, na jakie reaguje siatkówka oka. Ustalenie dokładnej długości fal w tym przypadku jest niemożliwe, ponieważ wzrok każdego człowieka ma inną wrażliwość. Przyjmuje się jednak, że zakres światła, czyli widzialnej części promieniowania elektromagnetycznego, wynosi od 380 nm do 780 nm.

Światło – fala elektromagnetyczna czy strumień cząstek?

Światło sztuczne


Wynalazek Edisona stanowiący udoskonaloną wersję pomysłu Swana pozwolił zastąpić stosowane wcześniej źródła światła, jak chociażby lampy naftowe. Wiele osób uważa żarówkę za jeden z najbardziej przełomowych wynalazków ludzkości, które miały znaczący wpływ na nasze życie. Dziś poszukiwane są sposoby na ograniczenie zużycia energii i stworzenie jeszcze doskonalszych źródeł światła sztucznego.

 

Oferowane przez firmę Philips produkty to owoc wielu testów mających na celu uzyskanie wygodnego w użytkowaniu i bezpiecznego efektu końcowego, dzięki któremu brak światła naturalnego nie stanowi już przeszkody dla ludzkiej aktywności.