Tip:
Highlight text to annotate it
X
Това, което искам да постигна в този клип е да дам
кратък увод относно природния феномен, който наричаме светлина.
А светлината, поне за мен, е мистероизно понятие,
защото от една страна тя наистина определя разбирането ни за реалност,
може би е и част от дефиницията на реалност за много от нас,
защото всичко, което виждаме и възприемаме като че ли идва
чрез светлина, която отскача от различни предмети, или се извива или разслоява около тях,
след което влиза в очите ни и после
се превръща в сигнали за мозъка ни, който в крайна сметка построява модели на света около нас.
Всичко това е почти определяща
характеристика на реалността ни. Но в същото време,
ако се заемеш наистина да експериментираш и да изучаваш светлината,
тя започва да проявява наситина странни
свойства, които до голяма степен все още не са напълно разбрани.
Всъщност, може би най-изненадващото нещо относно светлината
... впрочем, има страшно много изненадващи неща при светлината ...
но една от нейните мистерии е,
когато я разглеждаме в подробности, което и не се отнася само до светлината,
ами и до почти всичко, когато
се задълбочим до нивото на квантовата механика ...
та светлината се държи както като вълна, така и като частица.
Този факт може би не ти звучи много интуитивен, защото,
да си призная, и за мене не е много интуитивен!
От опита ми досега съм свикнал някои неща
да се държат като вълни, например звукът,
или морските вълни.
Други неща пък съм свикнал да се държат като юастици.
Като ... футболните топки или ... ами не знам ...
Примерно, чашата ми за кафе. Но не съм свикнал с неща,
които се държат и по двата начина!
А това зависи наистина от експеримента,
чрез който решим да разгледаме светлината.
Значи, когато я разглеждаме като частица,
което идва от работата на Айнщайн относно фото-електричния ефект,
в който няма да се задълбочавам в момента, но може би по-късно,
когато започнем да мислим за квантовата механика.
Можеш да разглеждаш светлината като низ от юастици, които се движат със скоростта на светлината.
Ще разгледам този случай след минутка ...
Тези частици се наричат ФОТОНИ.
Ако разглеждаме светлината по други начини,
например когато става дума за светлинен лъч,
пречупен през призма, тогава светлина прилича на вълна.
И можем да се възползваме от обикновените свойства на вълните.
Има си честота, както и дължина на вълната.
И точно като други вълни, скоростта на вълната е равна на честотата по дължината [v = f * lambda].
Дори ако се спрем на светлината само като вид вълна, без дори да я разглеждаме като частица,
светлината пак се държи много странно, и дори предизвиква възхищение, защото
повечето вълни изискват някаква среда, в която да се придвижват.
Значи, например, може да помислиш малко как
звукът се движи през въздуха.
Нека нарисувам няколко частици въздух.
Частиците във въздуха са ето тук.
Ще нарисувам и звукова вълна, която се движи през тези частици.
Значи, в дадена звукова вълна,
някои частици се сгъстяват,
като по този начин сгъстяват и съседите си.
Така се получават места във въздуха с по-висок ... как да го нарека ... с по-високо налягане
и места с по-ниско налягане;
можем да разчертаем този феномен.
Значи, по-високо налягане ето тук. Високо налягане, ниско налягане, високо налягане, ниско налягане, ...
И вълната се движи, когато тези неща се удрят едно в друго.
В този случай движението е на дясно;
трябва да можем да видим същото нещо и в графиката.
Но всичко това идва, или всичко това се базира на тази енергия,
която се движи през средата. Аз лично съм свикнал да покзвам вълните по този начин. Но светлината НЕ СЕ НУЖДАЕ ОТ СРЕДА!
Светлината не се нуждае от среда.
Тя дори се движи най-бързо през нищото -- през вакуум.
И това става на изключително висока скорост: 3*10^8 м/с
Изразено по друг начин:
Това са 300 милиона метра в секунда. Или може да си го
представим по този начин: на тази скорост е нужна по-малко от
една седма от секундата, за да се обиколи Земята;
или, това са седем обиколки на земята в рамките на секунда.
Накратко, невероятно бързо! А това не е просто супер висока скорост,
или пък просто някаква невероятна скорост,
ами тази скорост е и нещо фундаментално за вселената,
защото тази скорост не е просто висока, ами е и НАЙ-ВИСОКАТА скорост,
която е не само позната във физиката, ами и въобще ВЪЗМОЖНА във физиката.
Отново, това е нещо, с което не сме свикнали от всекидневието си.
Ние винаги си представяме, че ако нещо се движи с определена скорост,
то ако дори някаква мравка се движи върху това нещо
в същата посока, то това нещо ще е е дори по-бързо.
Обаче НИЩО не може да надмине СКОРОСТТА НА СВЕТЛИНАТА.
Абсолютно невъзможно, поне според модерните разбирания във физиката.
Така че скоростта на светлината не е просто НАЙ-ГОЛЯМАТА СКОРОСТ, но е и най-високата възможна.
Между другото, това тук е само приблизителна стойност;
истинската скорост всъщност е 2,99 и т.н. по 10 на 8-ма степен метра в секунда.
Но пък 3 по 10 на 8ма е доста сносно приближение.
Ще поговорим по-общо за светлинния спектър малко по-късно,
но сега нека се съсредоточим върху видимия спектър.
Вероятно си наясно малко или много с
цветовете и сигурно си ги представяш наредени като в дъга,
а дъгата всъщност се получава, защото светлината от слънцето,
бялата светлина, се пречупва през малките капки вода във въздуха.
Същият феномен се вижда по-ясно, когато погледнем светлина
пречупена през призма, като например тази тук.
Различните цветове се получават заради разликата в дължината на вълната; значи бялата светлина
съдържа всичките дължини на вълната от видимия спектър.
Тези вълни с различни дължини се пречупват по различен начин в призмата.
В този случай, дължините на вълните, които се свързват с по-високите честоти,
виолетовото и синьото примерно, се пречупват повече, или се "огъват",
или поне посоката им се огъва повече, отколкото вълните с по-ниски честоти,
като червеното и оранжевото като ето тук.
Ако са ви интересни конкретните дължини на вълните във видимия светлинен спектър,
то те са между 400 нано-метра и 700 нано-метра.
Колкото по-висока е честотата, толкова повече е енергията на светлината.
Тази история се задълбочава допълнително, когато започнем да говорим
за квантовата механика на светлината.
По-високата честота означава, че всеки от фотоните има по-висока енергия.
Това им дава по-добра възможност да прехвърлят кинетична енергия, чрез която да "избиват" електрони,
или с каквото друго се случи да се сблъскат.
Значи, колкото по-висока е енергията ... нека го запиша:
[ПО-ВИСОКА ЧЕСТОТА означава ПОВЕЧЕ ЕНЕРГИЯ]
Добре, до сега говорх доста за видимата светлина.
И може да се питате: "А каква светлина може да има освен видима?"
Ще видим, че видимата светлина е просто част
от много по-общ феномен; това е само частта,
която окото ни е способно да възприеме.
Но нека разширим малко темата.
Видимата светлина е просто част от електромагнетичния спектър.
С други думи, светлината е просто електромагнетична радиация.
Записвам: [електромагнетична радиация]
И всичко, което съм казал до момента за светлината,
както това, че тя се държи и като вълна, и като частица,
то тези неща не се отнасят само за видимата светлина.
Това са свойства на всички видове електромагнетична радиация.
Значи, при много ниски честоти, или при много дълги вълни,
там става дума за радио вълни,
именно тези радио вълни, чрез които слушаме радио в колата,
или пък които пренасят гласа ни между клетъчния телефон
и местната телефонна кула.
Микровълните са нещата, които карат водните молекули да вибрират
в храната ти, за да се претопли.
Инфрачервените вълни, пък, се излъчват от телата ни
и позволяват на инфрачервените камери да ни "виждат" дори през стени.
Видимата светлина ... Ултравиолетовата светлина,
сигурно знаете, идва от слънцето и кара кожата ни да изгори на плажа.
Рентгеновите лъчи! Тази радиация ни позволява да виждаме през
меки повърхноси, като например да виждаме костите през кожата си.
Гама лъчите! Тази супер-висока енергия идва от квазарите
и няколко други природни феномена.
Всичките тези неща са различни проявления на същото нещо!
Чисто и просто окото ни се е научило да възприема част от този спектър като видима светлина!
И може би се питате: "Ами тогава, как така
можем да възприемаме само определени честоти от спектъра?
Как така ВИЖДАМЕ само определени честоти?"
Ами, нека го кажа така ...
Поради някаква причина виждаме точно определени честоти с окото си.
И това може би и е резултат от много години еволюция:
слънцето изпраща много енергия на земята в точно тази част от електромагнетичния спектър.
С цялата тази енергия, която се удря в земята,
хората и другите животни оцеляват като виждат какво има около тях,
използвайки същата тази отразена енергия, или по-точно електромагнетична енергия;
най-голям смисъл има да виждаме нещата около нас
чрез този тип елетромагнетична радиация, от която просто има най-много.
В този смисъл, възможно е други видове, или същества от други планети,
да възприемат по-различен спектър, като например ултравиолетово лъчение,
или пък инфрачервено.
Дори и на Земята различните видове животни
се справят по-добре с различни части от спектъра.
Ние пък си виждаме доста добре точно в този диапазон,
от който Слънцето изпраща доста от енергията си на земята.
Това дотук май беше добър първи преглед на светлината.
И ако някоя част от тази история ви изглежда малко странна,
трудна за разбиране, или дори объркваща,
като например да бъдеш едновременно частица и вълна,
или пък движението на енергия през нищото,
все чудновати неща: Не се стряскайте!
Дори и най-добрите физици не съумяват да вникнат напълно в тази материя.
... което май вече ви поставя в научния елит на света на физиката!