A fény

Ebben a videóban szeretném alapszinten bemutatni a fény jelenségét. A fény – legalábbis számomra – titokzatos, mert bizonyos szempontból meghatározza a valóságunkat, talán ez a legmeghatározóbb jellemzője a valóságunknak. Minden, amit látunk, ahogy érzékeljük a valóságot, a fényen alapszik, a tárgyakról visszaverődő, vagy a tárgyak körül elhajló vagy a tárgyakon megtörő fényen, amit a szemünk érzékel, és aztán jeleket küld az agyunkba, ami modelleket készít a világról, amit magunk körül látunk. Tehát ez tényleg szinte meghatározó jellemzője a valóságunknak. Ugyanakkor ha igazán elkezdesz kísérletezni, és megfigyelni a fényt, akkor észreveszed, hogy van egy csomó rejtélyes tulajdonsága, és ezek nagy részét még nem teljesen értjük. Valószínűleg a legbámulatosabb tulajdonsága a fénynek – valójában egy csomó bámulatos jellemzője van a fénynek –, de az egyik rejtélyes dolog az, hogy ha igazán belemélyedsz – és ez tulajdonképpen nem csak a fényre igaz, ez igazából szinte mindenre igaz, ami elég kicsi kvantummechanikai szinten –, hogy a fény hullámként és részecskeként is viselkedik. Ezt valószínűleg nem tudod elképzelni, mert én sem tudom elképzelni. Megszoktam, hogy az életemben bizonyos dolgok hullámként viselkednek, mint a hanghullámok vagy az óceán hullámai, és megszoktam, hogy bizonyos dolgok részecskeként viselkednek, mint a kosárlabda vagy – nem tudom – a kávéscsészém. Nem szoktam meg, hogy valami mindkettőként viselkedik. Ez valójában attól függ, milyen kísérletet hajtasz végre, és hogy figyeled meg a fényt. Tehát amikor részecskeként figyeled meg – ez Einsteinnek a fotoelektromos effektusra vonatkozó munkában jelent meg először, nem akarok belemenni a részletekbe, esetleg egy későbbi videóban, amikor a kvantummechanikával kezdünk foglalkozni –, tekintheted úgy a fényt, mint egy részecskékből álló vonat, ami fénysebességgel mozog, amiről mindjárt fogok beszélni. Ezeket a részecskéket fotonoknak hívjuk. Ha másképpen nézed a fényt – akkor is így nézed, amikor a fény megtörik egy prizmán –, úgy néz ki, mintha hullám lenne, hullámtulajdonságai vannak, van frekvenciája, hullámhossza, és mint a többi hullámnak, a sebessége ennek a hullámnak a frekvencia és a hullámhossz szorzata. Még ha figyelmen kívül is hagyjuk ezt a részecsketulajdonságot, ha csak a hullámtulajdonságát nézzük a fénynek, még akkor is nagyon érdekes. Mert a legtöbb hullámnak szüksége van egy közegre, amiben terjed. Például ha arra gondolok, hogy terjed a hang a levegőben – hadd rajzoljak ide egy csomó levegőrészecskét, le fogom rajzolni a hanghullámot, ahogy halad a levegőrészecskék között –, az történik a hanghullámban, hogy néhány levegőrészecske összenyomódik, és ezek összenyomják a mellettük levőket, így lesznek olyan pontok a levegőben, ahol magasabb – azt hiszem, mondhatjuk –, magasabb a nyomás, és lesznek pontok, ahol alacsonyabb a nyomás. Ábrázolhatjuk ezt. Tehát itt magas a nyomás, magas nyomás, alacsony nyomás, magas nyomás, alacsony nyomás, és ahogy ezek a dolgok összeütköznek egymással, ez a hullám lényegében halad jobbra. Ha ábrázolnánk, azt látnánk, hogy ez a hullámforma halad jobbra. Ez az egész azon alapszik, hogy ez az energia áthalad a közegen. Így szoktam ábrázolni a hullámokat. De a fénynek nincs szüksége közegre, valójában a fény a semmiben terjed a leggyorsabban, a vákuumban. És elképzelhetetlenül nagy sebességgel halad, 3-szor 10⁸ méter per szekundummal, csak hogy legyen elképzelésed, ez 300 millió méter per szekundum, vagy másképpen, a fény kevesebb, mint 1/7 másodperc alatt kerülné meg a Földet, vagy több mint hétszer kerülné meg a Földet egy másodperc alatt. Tehát hihetetlenül gyors. És ez nemcsak egy szuper gyors sebesség, hanem ismétlem, ez azt jelenti, hogy a fény valamiféle alapvető dolog az univerzumban, mert ez nemcsak egy elképzelhetetlenül nagy sebesség, ez nemcsak a legnagyobb ismert sebesség a fizikában, hanem a lehetséges legnagyobb sebesség a fizikában. Tehát még egyszer, ez valami nagyon elképzelhetetlen számunkra, a mi hétköznapi világunkban. Mi mindig úgy képzeljük ezt, hogy ha valami menne valamilyen sebességgel, és ha mondjuk egy hangya haladna ennek a valaminek a tetején, és ugyanabba az irányba mozogna, akkor még gyorsabb lenne. De a fénysebességnél semmi nem tud gyorsabban menni, ez teljesen lehetetlen a jelenlegi fizikai ismereteink alapján. Tehát ez nemcsak nagy sebesség, hanem a lehetséges legnagyobb sebesség. Ez itt egy közelítő érték, valójában 2,99 valami valami szorozva 10⁸ m/s, de a 3-szor 10⁸ m/s elég jó közelítés. A látható fény tartományán belül – mindjárt beszélek arról, hogy mi van a látható fény tartományán túl – valószínűleg ismered a színeket, talán úgy képzeled el őket, mint a szivárvány színeit. A szivárvány tulajdonképpen azért keletkezik, mert a nap fénye, a fehér fény megtörik ezeken a kicsi vízrészecskéken. Világosabban láthatod ezt, ha itt ezt a prizmán megtörő fényt nézed, a fény különböző hullámhosszait – a fehér fény az összes látható hullámhosszt tartalmazza –, a különböző hullámhosszakat különböző mértékben töri meg a prizma. Ebben az esetben a magasabb frekvenciájú fényhullám, az ibolya és a kék jobban megtörik, az irányuk jobban megváltozik, mint az alacsonyabb frekvenciájú fényhullámoké, mint a vörös és a narancs itt. Ha meg szeretnéd nézni a látható fény hullámhosszát, ez 400 nanométer és 700 nanométer között van. Minél magasabb a frekvenciája, annál nagyobb az energiája ennek a fénynek. És ez elvezet minket oda, amikor elkezdünk beszélni ennek a kvantummechanikájáról – a magasabb frekvencia azt jelenti, hogy ennek az összes fotonnak nagyobb az energiája, több mozgási energiát tudnak átadni, amivel kilökik az elektronokat vagy bármi mást, amit kell. Szóval a magasabb frekvencia – hadd írjam ezt le –, a magasabb frekvencia nagyobb energiát jelent. Folyamatosan a látható fényről beszélek most, és te mondhatnád, hogy mi van a látható fényen túl? Azt fogjuk találni, hogy ez a fény csak egy része egy sokkal tágabb jelenségnek, ez csak az a rész, amit történetesen észlelünk. Ha ki akarjuk szélesíteni egy kicsit a megbeszélésünk tárgyát, a látható fény valójában csak egy része az elektromágneses spektrumnak. Tehát a fény valójában elektromágneses sugárzás, és mindaz, amit most mondtam a fényről – vannak hullámtulajdonságai és vannak részecsketulajdonságai –, ez nem csak a látható fényre jellemző, ez igaz az összes elektromágneses sugárzásra. Szóval a nagyon alacsony frekvenciájú, vagy nagyon nagy hullámhosszú... – olyan dolgokról beszélünk, mint a rádióhullámok, amik lehetővé teszik, hogy a rádióadás eljusson az autódba, amik lehetővé teszik, hogy a mobiltelefonod kommunikáljon a mobiltoronnyal; a mikrohullámok, amelyek elkezdik rezegtetni a vízmolekulákat az ételedben, és így felmelegítik; az infravörös hullámok, amelyeket kibocsát a testünk, és ezért érzékelheted az embereket a falakon keresztül infravörös kamerával; a látható fény; az ultraibolya fény, az UV fény, ami a napból jön, és amitől leégsz; a röntgensugár, a sugárzás, ami lehetővé teszi, hogy átlássunk a lágy szöveteken és lássuk a csontokat; a gamma-sugárzás, ami nagyon nagy energiájú, és ami a kvazárokból jön, vagy egyes másfajta fizikai objektumokból – ezek mind-mind pontosan ugyanarra a dologra példák, csak mi véletlenül bizonyos frekvenciákat látható fényként érzékelünk ebből. Mondhatod, hogy „Hé, Sal, hogyhogy csak bizonyos frekvenciákat érzékelünk ezek közül? Miért csak ezeket a frekvenciákat látjuk?” Mert hogy szabad szemmel látjuk ezeket a frekvenciákat. És az oka, legalábbis az én legjobb elképzelésem szerint ennek az az oka, hogy ez az a frekvencia, amelyen a Nap nagyon sok elektromágneses sugárzást bocsát ki, tehát elárasztja ezzel a Földet. És ha egy faj – mint mi – meg akarja figyelni a dolgokat a visszavert elektromágneses energia alapján, akkor az a leghasznosabb, ha képes érzékelni azokat a dolgokat, ahol a legtöbb elektromágneses sugárzás van. Tehát lehetséges, hogy egy másik valóságban, vagy egy másik bolygón olyan fajok vannak, amelyek inkább az ultraibolya vagy az infravörös tartományban érzékelnek. És még a Földön is vannak olyanok, amelyek jobban teljesítenek a tartomány valamelyik végén. De mi a spektrumnak azt a részét látjuk igazán jól. ahol történetesen a Nap sok sugárzást zúdít ránk. Most befejezem. Szerintem ez egy elég jó áttekintés volt a fényről. És ha ebből valami érthetetlennek vagy ijesztőnek, vagy csak valamilyen szinten zűrzavarosnak tűnik – ez a hullám-részecske kettősség, vagy ez az elképzelés az energiaátvitelről a semmin keresztül –, ha érthetetlennek tűnik, ne aggódj, ez még a legjobb fizikusoknak is érthetetlennek tűnik, szóval ezzel már a fizikai gondolkodás élvonalában vagy.