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.
Priveşti şi vezi un creion galben pe biroul tău. Ochii şi apoi creierul tău colectează tot felul de informaţii despre creion: mărimea lui, culoarea, forma, distanţa, şi altele. Dar cum se întâmplă asta exact? Vechii greci au fost primii care au gândit cât de cât ştiinţific despre ce e lumina şi cum funcţionează vederea. Unii filosofi greci, inclusiv Platon şi Pitagora, credeau că lumina îşi are originea în ochii noştri şi că vederea se întâmplă când sonde invizibile sunt trimise să adune informaţii despre obictele îndepărtate. A durat mai mult de o mie de ani până când un om de ştiinţă arab, Alhazen, şi-a dat seama că vechea teorie greacă despre lumină nu putea fi corectă. În viziunea lui Alhazen ochii noştri nu trimit sonde invizibile să culeagă informaţii, ci pur şi simplu colectează lumina care cade în ei. Teoria lui Alhazen a lămurit un aspect pe care grecii nu l-au putut explica uşor: de ce se întunecă uneori. Ideea e că puţine obiecte emit propria lor lumină. Corpurile specifice, emiţătoare de lumină, ca soarele, sau ca un bec, sunt cunoscute ca surse de lumină. Cele mai multe lucruri pe care le vedem, ca acel creion pe biroul nostru, reflectă pur şi simplu lumina de la o sursă fără să producă lumină proprie. Deci, când te uiţi la creion, lumina care pătrunde în ochii tăi vine de la soare, a călătorit milioane de kilometri prin spaţiu cosmic înainte de a cădea pe creion şi în ochii tăi, foarte interesant, dacă stai să te gândeşti. Dar ce anume e emis de soare şi cum îl vedem? E o particulă, ca un atom, sau e o undă ca vălurelele pe suprafaţa unui lac? Oamenii de ştiinţă din era modernă au încercat 200 de ani să găsească răspunsul la acestă întrebare. Isaac Newton a fost printre primii. Newton credea că lumina e făcută din particule mici ca atomii pe care el i-a numit corpusculi. Folosind aceasta premiză el a putut explica unele proprietăţi ale luminii. De exemplu, refracţia, prin care o rază de lumină pare că se frânge când trece din aer în apă. Dar în ştiinţă chiar şi geniile greşesc uneori. În secolul XIX, mult după moartea lui Newton, oamenii de ştiinţă au făcut o serie de experimente care au clarificat că lumina nu poate fi făcută din particule mici ca atomii. În primul rând, două raze de lumină care se intersectează nu interacţionează una cu alta deloc. Dacă lumina ar fi făcută din mici particule solide te-ai aştepta ca unele particule din raza A să se lovească de unele particule din raza B. Dacă ar fi așa, cele două particule implicate în coliziune s-ar împrăştia în direcţii aleatoare. Dar nu se întâmplă asta. Razele de lumină trec una prin alta după cum vedeți cu două pointere laser şi ceva praf de cretă. Alt motiv, lumina face modele de interferenţă. Modele de interferenţă sunt ondulaţiile complicate care apar când două unde ocupă acelaşi spaţiu. Pot fi văzute când două obiecte tulbură suprafața unui lac liniştit şi de asemenea când două surse de lumină sunt plasate una lângă alta. Numai undele produc interferenţă, particulele nu. Şi ca bonus, înţelegerea comportamentului de undă al luminii conduce natural la explicaţia culorii şi de ce acel creion arată galben. Deci, am stabilit, lumina este o undă, da? Nu aşa repede! În secolul XX oamenii de ştiinţă au făcut experienţe care păreau să arate lumina comportându-se ca o particulă. De exemplu, când luminezi un metal, lumina își transferă energia sa atomilor din metal în pachete discrete numite quante. Dar nu putem uita de proprietăţi ca interferenţa. Aceste quante de lumină nu sunt deloc ca sferele mici şi grele imaginate de Newton. Acest rezultat, că lumina se comporta uneori ca particulă şi uneori ca undă, a condus la o nouă şi revoluţionară teorie fizică numită mecanica cuantică. Aşadar după toate astea, să ne întoarcem la întrebarea "Ce este lumina?" Lumina nu seamănă cu nimic din ce suntem obişnuiţi în viața de zi cu zi. Uneori se comportă ca particulă şi alte ori se comportă ca undă, dar nu e exact niciuna din ele.