Podíváte se na stůl a na něm leží žlutá tužka. Vaše oči, a potom i váš mozek sbírají všechny možné informace o tužce: její velikost, barvu, tvar, vzdálenost, a další. Ale jak to přesně funguje? Antičtí Řekové byli první, kdo víceméně vědecky přemýšleli o tom, co je světlo a jak funguje zrak. Někteří Řečtí filozofové, včetně Platóna a Pythagora, mysleli, že světlo pochází z našich očí a že zrak funguje na principu neviditelných sond, které byly vyslány, aby shromáždily informace o vzdálených objektech. Po více než tisíci letech přišel Arabský vědec Ahazen na to, že stará, Řecká teorie není správná. V Alhazenově teorii vaše oči nevysílají neviditelné, informace shromažďující sondy, ale pouze takové, které světlo jednoduše sbírají, protože jej pohltí. Pro Alhazenovu teorii hraje fakt, že Řekové nemohli jednoduše vysvětlit, proč se objevuje tma. Základní myšlenka je taková, že jenom velmi málo objektů vyzařuje vlastní světlo. Výjimečné, světlo vyzařující objekty, jako je Slunce nebo žárovka, se nazývají zdroje světla. Většina věcí, které vidíme, jako je tužka na vašem stole, jednoduše odráží světlo ze zdroje, ale žádné vlastní neprodukují. Takže když se podíváte na svou tužku, světlo, které jde do vašeho oka, pochází ze Slunce a urazilo miliony kilometrů skrz prázdný prostor než se odrazilo od tužky do vašeho oka, což je úžasné, když se nad tím zamyslíte. Ale co přesně je to, co vyzařuje Slunce a jak to vidíme? Je to částice, jako jsou atomy, nebo je to vlna, jako vlnění na hladině rybníka? Vědci moderní éry strávili několik století zkoumáním odpovědi na tuto otázku. Isaac Newton byl jedním z prvních. Newton věřil, že světlo se skládá z malým, atomům podobných částic, které nazval "tělíska". Používaje tento předpoklad, Newton byl schopen vysvětlit některé vlastnosti světla. Například lom světla, který nám říká, jak se paprsek světla láme, když prochází ze vzduchu do vody. Ale ve vědě se mohou i géniové mýlit. V 19. století, dávno po Newtonově smrti, provedli vědci řadu experimentů, které jasně ukázaly, že světlo se nemůže skládat z malých částic podobných atomům. Zaprvé: dva paprsky světla, které si zkříží cestu, na sebe vzájemně nepůsobí. Pokud by světlo bylo složeno z malých, pevných míčků, očekávali byste, že by některé částice z Paprsku A narazily do nějakých částic z Paprsku B. Pokud by tato situace nastala, obě částice účastnící se kolize by se odrazily v náhodných směrech. Ale tohle se neděje. Paprsky projdou navzájem skrz, jak se můžete sami přesvědčit pomocí dvou laserových ukazovátek a prachu z křídy. Za další: světlo vytváří vzorce při vzájemném působení. Vzorce při vzájemném působení jsou komplikovaná vlnění, která nastanou, když se dvě vlnění šíří stejným prostorem. Můžete je spatřit, když dva předměty dělají vlny na klidné hladině rybníku, a také když dva bodové zdroje světla umístíte blízko sebe. Pouze vlnění vytváří vzorce při vzájemném působení, částice ne. Navíc, jako bonus, porozumění, že světlo se chová jako vlnění, přirozeně vede k vysvětlení, co je barva a proč ta tužka vypadá žlutě. Takže platí, že světlo je vlnění, ne? Ne tak rychle! V 20. století provedli vědci experimenty, které ukazují, že se světlo chová jako částice. Například když posvítíte na kov, světlo přemístí svoji energii do atomů železa pomocí malých balíčků zvaných "kvanta". Zároveň ale také nemůžeme zapomenout na vzájemné působení. Takže "kvanta" světla vůbec nejsou malé, pevné koule, jak si představoval Newton. Výsledek, že světlo se někdy chová jako částice a někdy jako vlnění vedl k nové, revoluční fyzikální teorii zvané kvantová mechanika. Takže po tom všem, vraťme se zpět k otázce "Co je světlo?" Světlo se nepodobá ničemu, s čím jsme zvyklí pracovat v našem každodenním životě. Někdy se chová jako částice a jindy jako vlnění, ale není přesně ani jedno, ani druhé.
You look down and see a yellow pencil lying on your desk. Your eyes, and then your brain, are collecting all sorts of information about the pencil: its size, color, shape, distance, and more. But, how exactly does this happen? The ancient Greeks were the first to think more or less scientifically about what light is and how vision works. Some Greek philosophers, including Plato and Pythagoras, thought that light originated in our eyes and that vision happened when little, invisible probes were sent to gather information about far-away objects. It took over a thousand years before the Arab scientist, Alhazen, figured out that the old, Greek theory of light couldn't be right. In Alhazen's picture, your eyes don't send out invisible, intelligence-gathering probes, they simply collect the light that falls into them. Alhazen's theory accounts for a fact that the Greek's couldn't easily explain: why it gets dark sometimes. The idea is that very few objects actually emit their own light. The special, light-emitting objects, like the sun or a lightbulb, are known as sources of light. Most of the things we see, like that pencil on your desk, are simply reflecting light from a source rather than producing their own. So, when you look at your pencil, the light that hits your eye actually originated at the sun and has traveled millions of miles across empty space before bouncing off the pencil and into your eye, which is pretty cool when you think about it. But, what exactly is the stuff that is emitted from the sun and how do we see it? Is it a particle, like atoms, or is it a wave, like ripples on the surface of a pond? Scientists in the modern era would spend a couple of hundred years figuring out the answer to this question. Isaac Newton was one of the earliest. Newton believed that light is made up of tiny, atom-like particles, which he called corpuscles. Using this assumption, he was able to explain some properties of light. For example, refraction, which is how a beam of light appears to bend as it passes from air into water. But, in science, even geniuses sometimes get things wrong. In the 19th century, long after Newton died, scientists did a series of experiments that clearly showed that light can't be made up of tiny, atom-like particles. For one thing, two beams of light that cross paths don't interact with each other at all. If light were made of tiny, solid balls, then you would expect that some of the particles from Beam A would crash into some of the particles from Beam B. If that happened, the two particles involved in the collision would bounce off in random directions. But, that doesn't happen. The beams of light pass right through each other as you can check for yourself with two laser pointers and some chalk dust. For another thing, light makes interference patterns. Interference patterns are the complicated undulations that happen when two wave patterns occupy the same space. They can be seen when two objects disturb the surface of a still pond, and also when two point-like sources of light are placed near each other. Only waves make interference patterns, particles don't. And, as a bonus, understanding that light acts like a wave leads naturally to an explanation of what color is and why that pencil looks yellow. So, it's settled then, light is a wave, right? Not so fast! In the 20th century, scientists did experiments that appear to show light acting like a particle. For instance, when you shine light on a metal, the light transfers its energy to the atoms in the metal in discrete packets called quanta. But, we can't just forget about properties like interference, either. So these quanta of light aren't at all like the tiny, hard spheres Newton imagined. This result, that light sometimes behaves like a particle and sometimes behaves like a wave, led to a revolutionary new physics theory called quantum mechanics. So, after all that, let's go back to the question, "What is light?" Well, light isn't really like anything we're used to dealing with in our everyday lives. Sometimes it behaves like a particle and other times it behaves like a wave, but it isn't exactly like either.