Moment der Wissenschaft: Lichtwellen vs. Teilchen

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Moment der Wissenschaft: Lichtwellen vs. Teilchen

Was ist Licht? Das ist eine wichtige Frage, genauer gesagt, ist Licht eine Welle oder ein Teilchen? … Immer noch sehr kompliziert, aber lassen Sie uns herausfinden, warum.

* Die grundlegendste Art, sich Licht vorzustellen, ist der Teil des elektromagnetischen Spektrums, der mit bloßem Auge gesehen werden kann. Es sind alle Farben des Regenbogens – irgendwo zwischen infraroter und ultravioletter Strahlung, die für uns unsichtbar sind. Mikrowellen, Radiowellen … all das befindet sich an anderen Stellen im Spektrum, also denken Sie vielleicht: „Oh, nun, Licht muss eine Welle sein!“ Das dachte sich Thomas Young, als er sein berühmtes „Doppelspalt-Experiment“ durchführte. Beginnen Sie mit einer Einzelfrequenz-Lichtquelle – es funktioniert nicht mit reinem weißem Licht, also gehen wir mit Gelb. Leuchten Sie es durch zwei Öffnungen und die Wand dahinter zeigt eine Art abwechselndes Muster. Da sich die Wellen gegenseitig interferieren – konstruktiv und destruktiv – erklärt dies weitgehend das Muster.

* Mehr als ein Jahrhundert später ist hier Albert Einstein! Er sagte, Licht könne auch als „Photonen“ beschrieben werden … winzige Teilchen, die reine Energie ohne Masse sind. Einstein entdeckte, dass Elektronen von einer belichteten Metallplatte abfliegen, und stärkeres Licht bewirkt, dass mehr Elektronen abfliegen. Sinnvoll wäre es, wenn das Blech mit Partikeln beschossen würde. Dieser „photoelektrische Effekt“ brachte ihm vor etwas mehr als einem Jahrhundert den Nobelpreis ein, aber Einstein nahm dieses Doppelspalt-Experiment und stellte es auf den Kopf.

* Angenommen, Sie werfen zuvor Tennisbälle durch dieselben beiden Löcher. Sie können sie in leicht unterschiedlichen Winkeln werfen, aber Sie haben immer noch zwei allgemeine Markierungspunkte, wo sie auftreffen. Versuchen wir es jetzt mit Photonen. Wenn Sie einen Schlitz abdecken, erhalten Sie das Punktfeld, das Sie erwarten würden, wenn Licht durchscheint … aber wenn Sie beide Löcher offen haben, erhalten Sie plötzlich ein Muster, das wie Interferenz- und Wellen aussieht. Noch seltsamer, wenn Sie diese Photonen eines nach dem anderen abschießen, ohne Störung durch eine andere Quelle … es fängt zufällig an, aber am Ende erhalten Sie immer dieses Wellenmuster!

* Die Wissenschaftler sagten: „Okay, wir werden dort einen Sensor einbauen, um zu zeigen, durch welchen Schlitz die Photonen wann gehen.“ Die Hälfte der Photonen ging wie erwartet durch einen Schlitz, die andere Hälfte durch den anderen … aber als sie den Sensor stoppten, kam das Wellenmuster sofort zurück. Das Licht verhält sich wie Partikel, wenn Sie es betrachten, und kräuselt sich, wenn Sie es nicht betrachten!

*Es gibt so viele andere Seiten dazu, aber lasst uns einfach mit „Licht ist sowohl eine Welle als auch ein Teilchen, laut …“ enden, nun, wenn Sie das beantworten können, möchte das Nobelkomitee, dass Sie sprechen.

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