Той преминава през стени, но се забавя до застой в ултра студените газове. Той носи електронна информация за радио и телевизори, но унищожава генетичната информация в клетките. Той се огъва около сградите и се изтръгва през отвори, но рикошети от малки мини.
Лека е. И въпреки че го познаваме преди всичко като противоположност на тъмнината, по-голямата част от светлината не се вижда от очите ни. От ниско енергийни радиовълни до високо енергийни гама лъчи, светлината ципове около нас, отскача от нас и понякога преминава през нас.
Тъй като това е толкова много неща, определянето на светлината е малко философски труд. Не помага тази светлина да продължи да ни изненадва с нови материали, които променят скоростта и траекторията на светлината по неочаквани начини.
Вълна ли е?
Това, което свързва микровълните, рентгеновите лъчи и цветовете на дъгата, е, че всички те са вълни - електромагнитни вълни, за да бъдат точни. Веществото, което се клати напред-назад, не е вода или въздух, а комбинация от електрически и магнитни полета.
Тези флуктуиращи полета упражняват сили върху заредени частици - понякога ги кара да се издигат нагоре и надолу като шамандури в океана.
Това, което разделя всички различни форми на светлината, е дължината на вълната. Очите ни са чувствителни към светлина с дължина на вълната между 750 нанометра (червено) и 380 нанометра (виолетово), където нанометър е една милиардна част от метър, или с размера на една молекула.
Но видимият спектър - гледан през призмата - е само малка част от целия електромагнитен спектър. Дължината на вълната на светлината варира от стотици мили за дълги радиовълни до една милионна част от нанометъра за гама лъчи.
Енергията на светлината е обратно пропорционална на дължината на вълната, така че гама лъчите са милиард милиард пъти по-енергични от радиовълните.
Или е частица?
Но вълните не са цялата история. Светлината е съставена от частици, наречени фотони. Това е най-очевидно с по-висока енергийна светлина, като рентгенови лъчи и гама лъчи, но това е вярно чак до радиовълните.
Класическият пример за частици е фотоелектричният ефект, при който светлина, удряща метален лист, кара електроните да излитат от повърхността. Изненадващо, светлината, по-дълга от определена дължина на вълната, не може да освободи електрони, без значение колко ярък е източникът.
Строгата вълнова теория на светлината не може да обясни този праг на дължината на вълната, тъй като много дълги вълни трябва да съберат една и съща обща енергия като няколко къси вълни.
Алберт Айнщайн разгадал мистерията през 1905 г., като предположи, че светлинни частици проникват в електроните, като сблъскващи се билярдни топки. Само частици от светлина с къса дължина на вълната могат да дадат достатъчно тежък удар.
Въпреки този успех, теорията на частиците никога не замества вълновата теория, тъй като само вълните могат да опишат как светлината се намесва в себе си, когато тя преминава през две процепи. Следователно трябва да живеем със светлина, която е частица и вълна - понякога действа твърда като скала, понякога мека като пулсация.
Физиците поправят разделената личност на светлината, като мислят по отношение на вълновите пакети, които човек може да си представи като група светлинни вълни, пътуващи заедно в стегнат сноп от частици.
Правене на спектакъл
Вместо да се притеснявате каква светлина е, може би е по-добре да се концентрираме върху каква светлина прави, Светлината се разклаща, извива и раздвижва заредените частици (като електрони), които се намират във всички материали.
Тези светлинни действия са специфични за дължината на вълната. Или да го кажа по друг начин, всеки материал отговаря само на определен набор от дължини на вълните.
Вземете например ябълка. Радио вълните и рентгеновите лъчи преминават по същество директно през него, докато видимата светлина се спира от различни ябълкови молекули, които или поглъщат светлината като топлина, или я отразяват обратно.
Ако отразената светлина навлезе в очите ни, тя ще стимулира цветните рецептори (конуси), които са специално „настроени“ на дълги, средни или къси дължини на вълната. Мозъкът сравнява различните реакции на конуса, за да определи, че ябълката отразява "червена" светлина.
Ето някои други примери за специфични дейности на светлината.
Всичко това показва, че светлината носи много различни шапки при манипулирането на материята. Тогава може би е подходящо, че истинската идентичност на светлината - вълна или частица - е неотносима.
Светлината, която виждаме, е малка част от електромагнитния спектър. От радиовълни до гама лъчи светлината доставя радио и телевизия и може да унищожи днк или да премине точно през нас.