빛은 우리가 살고있는 세상을 이해할 수있게 해주는 것입니다. 우리의 언어는 이것을 반영합니다:후 어둠 속에서 모색,우리가 빛을 보고 이해 명확하고 선명하게 나타납니다.
그러나 빛은 우리가 이해하는 경향이없는 것들 중 하나입니다. 당신이 빛의 광선을 확대한다면,당신은 무엇을 볼 것입니까? 물론,빛은 믿을 수 없을만큼 빠르게 여행하지만,여행을하는 것은 무엇입니까? 우리 중 많은 사람들이 설명하는 데 어려움을 겪을 것입니다.그런 식일 필요는 없습니다., 빛을 확실히 관심이 높아지고 있는 훌륭한 마음에 대한 세기,그러나의 랜드 마크는 발견을 통한 지 150 년이 강탈 빛의 신비입니다. 우리는 실제로 그것이 무엇인지,더 많거나 적게 알고 있습니다.
뿐만 아니라 오늘날의 물리학자들의 성질을 이해,그들은 학습제어로 더 많은 정밀도는 빛을 의미할 수 있어 작동에 놀라는 새로운 방법이다. 이것이 유엔이 2015 년을 국제 빛의 해로 지정한 이유 중 일부입니다.
빛을 묘사하는 모든 종류의 방법이 있습니다., 그러나 이것으로 시작하는 것이 도움이 될 수도 있습니다:빛은 방사선의 한 형태입니다.
까지 그것은 후반기에는 과학자들이 발견되는 정확한 신원은 빛의 방사선
이 바라 어떤 의미가 있습니다. 우리 모두는 너무 많은 햇빛이 피부암을 유발할 수 있음을 알고 있습니다. 우리는 또한 알고 있는 방사선 노출이 발생 위험을 증가시킬 수 있습을 개발의 일부 형태의 암,그래서 그것을 어렵지 않을 넣어 두 가지를 함께.그러나 모든 형태의 방사선이 동일하지는 않습니다., 과학자들이 빛의 방사선의 정확한 정체성을 발견 한 것은 19 세기 후반까지는 아니 었습니다.이상한 점은,이 발견은 빛의 연구에서 나온 것이 아니라는 것입니다. 대신 그것은 수십 년간의 작업에서 전기와 자기의 특성으로 나타났습니다.
전기와 자기는 아주 다른 것 같습니다. 그러나 hans Christian Oersted 와 Michael Faraday 와 같은 과학자들은 그들이 깊이 얽혀 있음을 확립했습니다.
Oersted 는 와이어를 통과하는 전류가 자기 나침반의 바늘을 편향시키는 것을 발견했습니다., 한편 패러데이는 와이어 근처에서 자석을 움직이면 와이어에 전류가 생성 될 수 있음을 발견했습니다.
맥스웰을 보였는 전기 및 자기장에서 여행하는 방식의 파
수학자들의 일에 대한 설정을 사용하여 이러한 관측치를 만들 이론을 설명하는 이상한 새로운 현상들”이라고 전자기”. 그러나 제임스 서기 맥스웰(James Clerk Maxwell)이 문제를 바라 볼 때까지는 완전한 그림이 등장하지 않았습니다.과학에 대한 맥스웰의 기여는 엄청납니다., 맥스웰에서 영감을 얻은 알버트 아인슈타인은 세상을 영원히 바꿔 놓았다 고 말했다. 다른 많은 것들 중에서도 그의 계산은 빛이 무엇인지 설명하는 데 도움이되었습니다.
맥스웰을 보였는 전기 및 자기장에서 여행하는 방식과는 그 파도를 이동적으로 빛의 속도로. 이 허용되는 맥스웰을 예측되는 가벼운 자체에 의해 수행되는 전자기파 의 가벼운 형태의 전자기 방사선입니다.,
1880 년대 후반에,몇 년 후에는 맥스웰의 죽음,독일 물리학자 Heinrich Hertz 초가 되었을 정식으로 보여주는 맥스웰의 이론적 개념 전자기파의 정확했습니다.
그는 1861 년에 발표하는 첫 번째 튼튼한 컬러 사진
“저는 확신하는 경우에 맥스웰과 Hertz 살았으로 노벨상이 시대에,그들은 확실히 공유 중 하나”라고 말 그레이엄의 전당의 대학 애버딘–영국에서는 맥스웰 일에 1850 년대 후반.,
맥스웰은 또 다른,더 실용적인 이유로 빛 과학의 연대기에 자리를 잡고 있습니다. 1861 년에 그는 공개 첫 번째는 튼튼한 컬러 사진,생산을 사용하여 세 가지 컬러 필터 시스템전의 기초를 형성하는 다양한 형태의 컬러 사진은 오늘입니다.
그래도 빛이 전자기 복사의 한 형태라는 생각은 너무 많은 것을 의미하지 않을 수도 있습니다. 그러나이 아이디어는 우리 모두가 이해하는 것을 설명하는 데 도움이됩니다:빛은 색상의 스펙트럼입니다.
이것은 Isaac Newton 의 작업으로 돌아가는 관찰입니다., 우리는 이러한 컬러 스펙트럼의 모든 영광을 때마다 무지개이 중단이 하늘에서–그리고 그 색상과 직접 관련되는 맥스웰의 개념 전자파입니다.
많은 동물을 실제로 볼 수 있 자외선,그래서 어떤 사람들은
붉은 빛을 따라 가장자리의 무지개은 전자파 방사선 파장에 대한 620 750 나노미터;바이올렛 빛을 따라 반대편은 방사선의 파장을 380 450nm.
그러나 이러한 가시 색상보다 전자기 방사선에 훨씬 더 많은 것이 있습니다., 우리가 보는 붉은 빛보다 약간 긴 파장을 가진 빛을 적외선이라고합니다. 바이올렛보다 약간 짧은 파장의 빛을 자외선이라고합니다.
많은 동물들이 실제로 자외선을 볼 수 있으며 일부 사람들도 그렇게 할 수 있다고 독일 Garching 의 Max Planck 양자 광학 연구소의 Eleftherios Goulielmakis 는 말합니다. 어떤 상황에서는 적외선조차도 인간에게 보입니다. 아마도 이것이 자외선과 적외선이 모두 빛의 형태로 묘사되는 것을 보는 것이 드문 일이 아닌 이유입니다.,
신기하게도,더 길거나 짧은 전자기 파장으로 이동하여”빛”이라는 단어 사용을 중단합니다.
자외선을 넘어 전자기 파장은 100nm 보다 짧게 갈 수 있습니다. 이것은 엑스레이와 감마선의 영역입니다. 빛의 한 형태로 묘사 된 엑스레이를 자주 듣지 않을 것입니다.
진짜 물리적 차이를 전파하고 가시광선
“과학자 말하지 않은’나는 빛나는 X-ray 빛 대상’. 그들은’나는 엑스레이를 사용하고있다’고 말할 것”이라고 Goulielmakis 는 말한다.,
한편,넘어 적외선 및 전자기 파장 뻗어 1 센치메터 심지어 수천 킬로미터. 이 전자기파에는 전자 레인지 및 전파와 같은 친숙한 이름이 부여됩니다. 방송에 사용되는 전파를 빛으로 생각하는 것이 이상하게 보일 수 있습니다.
“물리학의 관점에서 전파와 가시 광선 사이에는 실제 물리적 차이가 없습니다.”라고 Goulielmakis 는 말합니다. “당신은 정확히 같은 종류의 방정식과 수학으로 그들을 묘사 할 것입니다.”그것들을 다른 것으로 취급하는 것은 우리의 일상 언어 일뿐입니다.,
그래서 우리는 빛의 또 다른 정의를 가지고 있습니다. 그것은 우리의 눈이 실제로 볼 수있는 전자기 방사선의 매우 좁은 범위입니다. 다른 말로하면,빛은 우리의 감각이 제한되어 있기 때문에 우리가 단지 사용하는 주관적인 레이블입니다.
우리의 빛 개념이 얼마나 주관적인지에 대한 더 많은 증거를 얻으려면 무지개를 다시 생각해보십시오.
대부분의 사람들이 배우는 빛의 스펙트럼을 포함 주요 일곱 색상:빨강,오렌지색,노란색,녹색,파란색,인 및 보라색입니다. 우리는 심지어 그들을 기억하는 편리한 니모닉과 노래가 주어집니다.,
강한 무지개를 보면 아마도 7 가지 색상이 모두 쇼에 있다는 것을 스스로 확신 할 수 있습니다. 그러나 뉴턴 자신은 그들 모두를 보려고 애썼다.
에서 실제로,연구진은 이제 그는 의심되는 유일의 분단의 무지개를 일곱로 색상이기 때문에 일곱 번째이었다 그렇게 중요한 고대 세계에서 예를 들어 있는 메모의 음악적 규모로,그리고 일에서 주일입니다.
맥스웰의 작업에서 전자기했다나 우리는 모든이며,보이는 눈에 보이는 빛의 일부였다 더 큰 스펙트럼의 방사선입니다. 그것은 또한 마침내 빛의 본질을 설명하는 것처럼 보였습니다.,
세기에 대한 과학자들기 위해 노력하고 있었으로 고정 실제적인 형태는 가벼운이 걸리는 기본적인 규모로 여행에서 광원을 우리의 눈입니다.
뉴턴 깨달하는 빛의 광선 순종하여 아주 엄격한 기하학적 규칙
일부는 생각이 빛을 여행의 형태로파 또는 금요일,하나를 통해 공기 또는 더욱 애매한”에테르”. 다른 사람들은이 웨이브 모델이 잘못되었다고 생각하고 빛을 작은 입자의 흐름으로 상상했습니다.,
Newton 은 특히 빛과 거울을 사용하여 수행 한 일련의 실험 후에이 두 번째 옵션을 선호했습니다.
그는 빛의 광선이 매우 엄격한 기하학적 규칙에 순종한다는 것을 깨달았습니다. 거울에 대해 광선을 비추고 그것이 거울에 던져지면 공이하는 것과 정확히 같은 방식으로 튕겨 나옵니다. 파도 반드시 이동에 이러한 예측을,직선 그는 추론,그래서는 빛에 의해 수행되어야합니다 어떤 형태의 작은,무중력 입자입니다.문제는 빛이 파동이라는 똑같이 강력한 증거가 있다는 것입니다.,
이것의 가장 유명한 시위 중 하나가 1801 년에 나왔습니다. Thomas Young 의”double slit experiment”는 누구나 집에서 복제 할 수있는 일종의 실험입니다.
두꺼운 카드 한 장을 가져 와서 조심스럽게 두 개의 얇은 수직 슬릿을 만듭니다. 그런 다음 특정 파장의 빛 만 생성하는”일관된”광원을 얻으십시오:레이저는 멋지게 할 것입니다. 이제 두 개의 슬릿을 통해 다른 표면에 빛을 비추십시오.
에는 두 번째 표면 볼 것으로 예상 수있는 두 개의 밝은 수직 라인 빛의 일부가 전달을 통해 두 개의 슬릿., 그러나 영이 실험을 수행했을 때,그는 바코드처럼 오히려 밝은 선과 어두운 선의 순서를 보았습니다.
을 때 빛을 전달을 통한 얇은 슬릿,그것은 같은 방식으로 동작하는 물파 할 때 그들을 통과 좁은 열:그들은 diffract 확산에서 밖으로 형태의 반구형요.
여기서 두 개의 슬릿에서”빛의 잔물결”은 위상에서 서로 충돌하여 어두운 막대를 형성합니다. 잔물결이 위상에서 서로 충돌하는 곳,그들은 밝은 수직선을 만들어 함께 추가합니다.,
Young 의 실험은 웨이브 모델의 강력한 증거였으며 Maxwell 의 작업은 아이디어를 견고한 수학적 발판에 올려 놓았습니다. 빛은 물결입니다.
그러나 양자 혁명이 왔습니다.
에서 후반기 물리학자들을 이해하려고 어떻게 그리고 왜 어떤 재료 흡수 및 방출되는 전자기파 방사선보다 더 나은 다른 사람입니다.,
에서 1900,Max Planck 문제를 해결
는운 틈새 시장,그러나 전기 가벼운 산업이 신흥 시간에,그래서 자료를 방출할 수 있는 빛이 있었다 큰 것입니다.
에 의해기,과학자가 발견했는 금액의 전자기 방사선에 의해 발표 개체 변경에 따라 온도 및 측정 이러한 변경합니다. 그러나 아무도 그것이 일어난 이유를 알지 못했습니다.
1900 년 Max Planck 가 문제를 해결했습니다., 한다는 것을 발견하는 계산 설명할 수 있는 그 변경,하지만 그는 것으로 간주의 전자기 방사선에서 개최되었다 작은 개별 패킷입니다. 플랑크는 이들을”양자”의 복수형 인”콴타”라고 불렀습니다.
몇 년 후,아인슈타인은 이 아이디어를 설명하는 또 다른 수수께끼 실험입니다.
물리학 자들은 가시 광선 또는 자외선에서 목욕 될 때 금속 덩어리가 양전하를 띠게된다는 것을 발견했다. 그들은 이것을”광전 효과”라고 불렀습니다.,
이것은 큰 의미가 없는 경우 빛은 단순히 파
는 원자에서 금속이었을 잃고 부정된 전자들. 분명히,빛은 그 중 일부를 느슨하게 흔들기에 충분한 에너지를 금속에 전달했습니다.
그러나 전자가 무엇을하고 있었는지에 대한 세부 사항은 이상했다. 그들은 단순히 빛의 색을 변화시킴으로써 더 많은 에너지를 운반하도록 만들 수 있습니다. 특히,전자가 출시에서는 금속에서 목욕을 보라빛이 빛을 실시보다 더 많은 에너지를 전자가 출시하여 금속에서 목욕을 붉은 빛입니다.,빛이 단순히 물결이라면 이것은 많은 의미가 없습니다.
일반적으로 당신의 양을 변경 에너지에 그것을 만들어 키가 생각하고 파괴적인 힘의 높이 쓰나미보다는 만드는 물결을 자체가 길거나 짧다.
각 quantum 팩 개별 에너지 펀치
확장,최상의 방법으로 증가하는 에너지 빛 전송 전자해야하여 빛의 파장 높입니다:그들은 빛이 밝게합니다., 파장을 변경,따라서 색상,차이가 많이 만들어서는 안됩니다.
아인슈타인은 광전 효과가 플랑크의 콴타의 관점에서 빛을 생각함으로써 이해하기 쉽다는 것을 깨달았습니다.
그는 빛이 작은 양자 패킷으로 운반된다고 제안했다. 각 양자는 파장과 관련된 이산 에너지 펀치를 포장합니다:파장이 짧을수록 에너지 펀치가 밀도가 높아집니다. 이 것이 이유를 설명 자외선 패킷을 상대적으로 짧은 파장을 수행,보다 더 많은 에너지 붉은 빛 패킷을 상대적으로 더 이상 하나입니다.,
또한 단순히 빛의 밝기를 증가시키는 것이 왜 영향을 덜 받았는지 설명했습니다.
더 밝은 광원은 더 많은 광 패킷을 금속에 전달하지만 각 광 패킷이 포함하는 에너지의 양은 변경하지 않습니다. 조잡하게 말하기,단일 보라색 빛 패킷을 전송할 수 있습니다 더 많은 에너지를 하나의 전자보다는 어떤 숫자의 붉은 빛입니다.,
과학자들기로 결정했다는 가벼운 행동으로는 모두 파동과 입자에서 동일한 시간
아인슈타인이라는 이 에너지는 패킷 광자,그리고 이러한으로 지정되어 있는 기본 입자. 가시광선에 의해 수행되는 광자,그리고 다른 모든 종류의 전자기 방출과 같은 X-선,전자레인지 및 무선 전파. 즉,빛은 입자입니다.
이 시점에서 물리학 자들은 빛이 파동이나 입자로 행동했는지에 대한 논쟁을 끝내기로 결정했습니다., 두 모델 모두 너무 설득력이 있었기 때문에 어느 것도 거부 할 수 없었습니다.
많은 비 물리학 자들의 혼란에 대해 과학자들은 빛이 파동과 입자 모두로 동시에 행동한다고 결정했다. 다시 말해,빛은 역설입니다.
물리학 자,하지만,빛의 분할 정체성에 문제가 없습니다. 어떤 경우,그것은 빛을 이중으로 유용하게 만듭니다. 오늘날,건물에서 작업의 전문 말 그대로”빛-givers”같은 맥스웰과 아인슈타인,우리는 압박의 밖으로 더 빛입니다.,
이 방정식을 설명하는 데 사용되는 가벼운로 웨이브와 빛으로 입자가 동일하게 작동하지만,일부 상황에서 하나 쉽게 사용됩니다. 그래서 물리학 전환,그들 사이에 단지 우리가 사용 시설을 설명하는 우리 자신의 높이 그러나 스위치 킬로미터를 설명하는 자전거를 타고 있습니다.
얽힌 입자 통신하는 데 사용할 수 있는 정보
일부는 물리학자가 사용하려고 빛을 만드는 암호화된 커뮤니케이션 채널:을 위한 송금을,예를 들어., 그들에게는 빛을 입자로 생각하는 것이 합리적입니다.
이것은 양자 물리학의 또 다른 이상한 특질 때문입니다. 한 쌍의 광자와 같은 두 개의 기본 입자가”얽힐”수 있습니다. 즉 그들이 공유하는 속성을 아무리 멀리 떨어져 그들은 다른 하나에서,그래서 그들은 전달하는 데 사용할 수 있는 정보의 두 점 사이에 지구입니다.
이 얽힘의 또 다른 특징은 광자가 읽힐 때 광자의 양자 상태가 변화한다는 것입니다., 즉,누군가가 빛의 양자 특성을 사용하여 암호화 된 채널을 도청하려고한다면 이론 상으로는 즉시 자신의 존재를 배반 할 것입니다.
Goulielmakis 와 같은 다른 사람들은 전자 제품에서 빛을 사용하고 있습니다. 그들에게는 빛을 길들이고 통제 할 수있는 일련의 파도로 생각하는 것이 훨씬 더 유용합니다.
“빛 필드 신디사이저”라는 현대 장치는 서로 완벽한 동조로 빛 파도를 목장 수 있습니다. 결과적으로,그들은 일반 전구의 빛보다 훨씬 더 강렬하고 수명이 짧으며 지시 된 빛 펄스를 만듭니다.,
그들은 말 그대로 사진을 찍는 빛의 파도를 움직
지난 15 년 동안,이러한 장치를 사용되었을 길들이기에 빛을 특별한 정도입니다.
2004 년 Goulielmakis 와 그의 동료들은 엄청나게 짧은 x 선 방사선의 펄스를 생성 할 수있었습니다. 각 펄스는 단지 250attoseconds,또는 250quintillionths 초 지속.
를 사용하여 이 작은 펄스 카메라 플래시,그리고 이미지를 캡처하의 개인의 파도 볼 수 있는 빛은 진동이 오히려 느려집니다. 그들은 말 그대로 빛의 파도가 움직이는 사진을 찍었습니다.,
“우리가 알고 있었기 때문에 맥스웰는 빛이 전류를 고주파로 변환시키는 전자기장,하지만 아무도 꿈을 우리는 것을 캡처 할 수 있으로 빛은 진동,”says Goulielmakis.
을 보고 그 개인적인 빛의 파장은 첫 번째 단계는쪽으로 제어하고 조각들을 말한다,그 많은 우리가 이미 조각이 훨씬 더 이상 전자기파처럼,무선 전파를 수행하는 라디오와 텔레비전 신호가 있습니다.
1 세기 전에 광전 효과는 가시 광선이 금속의 전자에 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다., Goulielmakis 말할 수 있을 정확하게 조작하는 이러 전자를 사용하여,눈에 보이는 빛의 파는 모양의와 상호 작용하는 금속에서 신중하게 정의된 방법입니다. “우리는 빛을 제어 할 수 있고,그것을 통해 우리는 할 수 있어,중요”라고 말합니다.
인간의 눈은 광양자 검출기를 사용하는 가시광선에 대해 배우고 우리 주변의 세상
할 수 있는 혁신 전자제품,새로운 세대의 광학적인 컴퓨터에 있는 더 작고 더 빠른 사람들보다 우리가 오늘입니다., “그것에 대해 설정에서 전자 모션 방법으로 우리가 원하는 만드는 전류 고체 내부에 빛을 사용하여는 대신,기존의 전자입니다.”
그래서 빛을 설명 할 수있는 방법이 하나 더 있습니다:빛은 도구입니다.이것은 새로운 것이 아닙니다. 생명은 최초의 원시 생물이 빛에 민감한 조직을 진화시킨 이래로 빛을 활용 해 왔습니다. 인간의 눈은 가시 광선을 사용하여 우리 주변의 세계에 대해 배우는 광자 탐지기입니다.
현대 기술은 단순히이 아이디어를 더욱 발전시키고 있습니다., 2014 년 노벨 화학상은 너무 강력한 가벼운 현미경을 제작 한 연구원에게 수여되어 물리적으로 불가능하다고 생각되었습니다. 약간의 설득으로 빛이 우리가 결코 볼 수 없을 것이라고 생각했던 것들을 우리에게 보여줄 것이라는 것이 밝혀졌습니다.피>