Du schaust auf deinen Tisch und siehst einen gelben Stift. Deine Augen und dein Gehirn sammeln alle mögliche Information über den Stift: Größe, Farbe, Form, Entfernung, und mehr. Aber wie genau passiert das? Die alten Griechen waren die ersten, die mehr oder minder wissenschaftlich über Licht und Sicht nachdachten. Manche griechische Philosophen, wie Plato und Pythagoras, dachten, dass Licht in unseren Augen entsteht und dass wir sehen können, weil kleine, unsichtbaren Sonden ausgesendet werden und Information sammeln. Es dauerte mehr als tausend Jahre bis der arabische Wissenschaftler, Alhazen, herausfand, dass die alte griechische Theorie über Licht falsch war. Alhazen erkannte, dass unsere Augen keine unsichtbaren Sonden zur Informationssammlung aussenden, sondern Licht sammeln, das auf sie fällt. Ahazens Theorie erklärt, was die Griechen nicht leicht erklären konnten: Warum es manchmal dunkel wird. Nur sehr wenige Objekte strahlen ihr eigenes Licht aus. Die besonderen, Licht emittierenden Objekte, wie die Sonne oder eine Glühbirne, werden Lichtquellen genannt. Die meisten Sachen, die wir sehen, wie der Stift auf deinem Tisch, reflektieren einfach das Licht von einer Quelle, statt selbst Licht zu produzieren. Also, wenn du deinen Stift anschaust, kommt das Licht von der Sonne, das auf dein Auge trifft, und ist Millionen von Meilen durch leerem Raum gereist, bevor es von dem Stift in deinem Augen reflektiert wurde. Ziemlich cool, wenn man darüber nachdenkt! Aber was genau ist das, was von der Sonne ausgestrahlt wird und wie sehen wir es? Sind es Teilchen, wie Atome, oder eine Welle, wie Wellen auf einem Teich? Wissenschaftler in der modernen Ära haben sich mehrere hundert Jahre mit dieser Frage beschäftigt. Isaac Newton war einer der Ersten. Newton glaubte, dass Licht aus winzigen, atom-ähnlichen Teilchen besteht, die er Korpuskeln nannte. Mit dieser Annahme konnte er einige Eigenschaften von Licht erklären. Zum Beispiel die Lichtbrechung, die beschreibt, wie ein Lichtstrahl sich zu biegen scheint, wenn er von Luft zu Wasser übergeht. Aber in der Wissenschaft liegen auch Genies manchmal falsch. Im 19. Jahrhundert, lange nachdem Newton gestorben ist, haben Wissenschaftler eine Reihe von Experimenten gemacht, die deutlich zeigten, dass Licht nicht aus kleinen, atom-ähnlichen Teilchen besteht. Zum einen beeinflussen zwei sich kreuzende Lichtstrahlen sich nicht gegenseitig. Würde Licht aus kleinen, soliden Bällchen bestehen, würde man erwarten, dass Partikel von Strahl A mit Partikeln aus Strahl B kollidieren. Wenn das passieren würde, würden zwei Partikel voneinander in irgendwelche Richtungen abprallen. Aber das passiert nicht. Die Lichtstrahlen durchkreuzen sich, was man mit zwei Laserpointern und Kreidestaub selber prüfen kann. Zum anderen kann Licht Interferenzmuster bilden. Interferenzmuster sind die komplizierten Schwingungen, die auftreten, wenn zwei Wellen den gleichen Raum benutzen. Sie werden gesehen, wenn zwei Gegenstände die Oberfläche eines stillen Teiches berühren oder wenn zwei punktförmige Lichtquellen nah beieinander gestellt werden. Nur Wellen erzeugen Interferenzmuster, Teilchen nicht. Zusätzlich führt das Verständnis, das Licht sich wie eine Welle benimmt, ganz natürlich zu der Erklärung von Farbe und warum der Stift gelb aussieht. Also, Licht ist eine Welle, nicht war? Nicht so schnell! Im 20. Jahrhundert machten Wissenschaftler Experimente, bei denen sich das Licht wie ein Teilchen zu benehmen schien. Wenn du z.B. Licht auf Metall wirfst, wird die Lichtenergie an die Atome im Metall in diskreten Mengen abgegeben, die sich Quanten nennen. Aber wir können die Eigenschaften wie Interferenz nicht einfach vergessen. Diese Lichtquanten sind nicht wie die winzigen, harten Kugeln die sich Newton vorgestellt hatte. Das Resultat, dass Licht sich manchmal wie ein Teilchen und manchmal wie eine Welle benimmt, führte zu einer revolutionären neuen Theorie die sich Quantenmechanik nennt. Also lass uns jetzt zu der Frage zurückkehren: "Was ist Licht?" Licht ist einzigartig -- wie nichts, was wir aus unserem Alltag kennen. Manchmal benimmt es sich wie ein Teilchen und manchmal wie eine Welle, aber es ist im Grunde keins von beiden.
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.