Licht is niet alleen een felle zonnestraal op uw vensterbank. Het is ook een metafoor voor verlichting en verkenning, een beetje paradoxaal voor een fenomeen dat - zelfs na duizenden jaren van onderzoeken en eindeloze experimenten - wetenschappers nog steeds niet helemaal kunnen verklaren.

In de aflevering "Is licht een deeltje of een golf?" de gastheren van de podcast "Daniel en Jorge Explain the Universe" bespreken of licht een deeltje of een golf is ... of iets anders. Spoiler alert:Licht is niet, zoals co-host en online cartoonist Jorge Cham luchtig voorstelt, "kleine puppy's."

Je ogen vertellen je veel over de manier waarop licht zich gedraagt. Het reist erg snel (ongeveer 186, 000 mijl per seconde of 300, 000 kilometer per seconde) en flitst door de ruimte in laserachtige rechte lijnen. Maar het stuitert ook reflecteert en breekt, en wanneer het samenwerkt met het juiste medium, als een cameralens, het kan krommen. We gebruiken termen als golflengte en fotonen om de bewegingen te beschrijven, maar geen van hen omvat werkelijk de vreemde kronkels van het licht.

In oude tijden, de Grieken gebruikten filosofische vragen om het brede scala aan gedragingen van licht aan te pakken. Misschien, vroegen ze zich af, licht is eigenlijk kleine stukjes stof die heen en weer stuiteren. In de jaren 1600, De Franse filosoof Rene Descartes raakte ervan overtuigd dat licht in wezen een golf was, een die bewoog door een mysterieuze substantie genaamd plenum. Isaac Newton dacht dat licht een deeltje was, maar hij wist geen manier om veel van zijn eigenschappen te verklaren, zoals de manier waarop het brak en splitste in een prisma.

"Dit is terug in de tijd dat empirische studies van de wetenschap niet de belangrijkste manier waren om vragen te beantwoorden, " zegt podcast co-host Daniel Whiteson, een natuurkundige die tijd heeft besteed aan het werken aan de Large Hadron Collider. Mensen kwamen met ideeën over hoe dingen werkten, "... en dan ruzie maken over hen."

In ons onderzoek naar licht, onze gastheren wijzen erop, het is belangrijk om enkele wetenschappelijke basisprincipes te onthouden. Golven zijn geen ding of substantie, ze zijn eigendom van een ding, het comprimeren en uitrekken van een bepaald medium, als een oceaangolf die over het oppervlak van een lagune kabbelt. Je kunt de golven zien met je ogen en ze voelen met je lichaam.

deeltjes, anderzijds, zijn niet zo eenvoudig te definiëren. Sommige mensen zien deeltjes graag als stukjes materie, fragmenten die worden opgesplitst in hun kleinste en meest elementaire eenheden. Water, bijvoorbeeld, is ontelbare deeltjes ... deeltjes die worden beïnvloed door golven.

En dan, dan, is licht? Is het zijn eigen speciale type deeltje, een foton? Of is licht eigenlijk gewoon een golf die door een ander medium stroomt? Is er iets griezeligs, onbekende substantie om ons heen die we gewoon niet waarnemen of begrijpen?

Whiteson belicht een beroemd 19e-eeuws dubbelspletenexperiment, waarin onderzoekers licht door twee spleten straalden en observeerden hoe licht op een scherm achter de spleten viel. Wat ze zagen was dat de lichtstromen elkaar beïnvloedden - als twee handen die water in dezelfde gootsteen spetteren - alsof het golven waren die met elkaar interfereren.

In de 20ste eeuw, wetenschappers begonnen hun baanbrekende verkenningen naar deeltjes zoals neutronen en elektronen. De beroemde natuurkundige Albert Einstein vroeg zich af wat er zou gebeuren als je in het dubbelspletenexperiment één foton tegelijk zou uitstralen. Wat wetenschappers zagen, verbaasde hen - omdat de enkele fotonen zich gedroegen met hetzelfde interferentiepatroon dat zich voordeed met volledige lichtstralen die door beide spleten stroomden, het introduceren van elementen van de kwantummechanica die de eigenschappen van licht verheffen tot gebieden die we nog steeds niet echt begrijpen.

uiteindelijk, zeggen onze gastheren, je kunt licht zowel een deeltje als een golf noemen, en je zou op een bepaald niveau gelijk hebben. Maar wat betreft het volledig uitleggen hoe licht werkt, we zijn er nog mee bezig.

Het deeltjesgedrag van licht wordt duidelijker, afhankelijk van waar je het waarneemt. In het vacuüm van de ruimte, licht ritst mee op meer dan 186, 000 mijl per seconde (300, 000 kilometer per seconde). Maar richt een lichtstraal op een heel dicht stukje materie - zeg, een diamant - en het vertraagt ​​tot "slechts" rond 77, 000 mijl per seconde (124, 000 kilometer per seconde).