Wat is licht?


Fotografie » TechTalk » Fysica » Licht

Fotografen (fotograven zoals sommige modellen verkeerdelijk spellen) schrijven met licht. Maar wat is licht? Op deze korte pagina zal ik proberen te verklaren wat licht is.

L'éther élastique

Licht als trilling van een meer en meer onwaarschijnlijk medium

Vanaf de 17de eeuw hadden de mensen tijd genoeg om zich bezig te houden met zulke futiele zakens als het beschrijven van hun omgeving. In den beginne dacht men dat licht een soort golf was, naar analogie met de watergolven. Deze beschrijving kon de eigenschappen van het licht (zoals men die toen kon waarnemen) redelijk goed verklaren: namelijk breking, diffraktie en interferentie. Bij golven moet er iets in trilling gebracht worden: water, lucht of... iets anders. Omdat licht zich ook door het luchtledige kon verplaatsen haalde men daarom een stof tevoorschijn dat overal aanwezig moest zijn: l'éther élastique. Tot in de 19de eeuw bleef men geloven in een soort ongrijpbare stof, dat naargelang men vorderingen maakte in de wetenschappen, de meest onwaarschijnlijke eigenschappen moest hebben: het moest zeer hard zijn om te kunnen trillen op de hoge frekwenties van het licht, maar het moest terzelfdertijd zeer vloeibaar zijn om de planeten niet te hinderen in hun beweging.

Quantum mechanica

Licht zijn nu deeltjes geworden

In de 20ste eeuw is licht plots een deeltje geworden. Dit verklaart daarom direkt waarom lichtstralen door de zon afgebogen worden (een fenomeen dat men vòòr de relativiteitstheorie en de kwantumfysica niet kon verklaren).

Als licht een deeltje is, dan wordt het door de zwaartekracht aangetrokken, zoals muggen, boekhouders en hemellichamen. Men verklaarde de golfeigenschappen van de lichtdeeltjes door te stellen dat de deeltjes aan het trillen waren. Ondertussen blijkt dat nagenoeg alle deeltjes "aan het trillen zijn", zoals volgend experiment aantoont (maar ook "spinnen" en ander "strange" en "charm" gedrag vertonen waarvoor geen beschaafde woorden bestaan).

Men neme een electronenbron (de wehnelt cylinder van een oude beeldbuistelevisie) en stuurt de deeltjes door een masker met twee sleuven die afgedekt kunnen worden. Op het scherm laat men een detector bewegen. Als slot 1 open is, dan bekomt men de rode curve. Als slot 2 open is, dan bekomt men de blauwe curve. Tot nu toe is alles normaal. Opent men echter beide sleuven, dan bekomt men de bekende interferentiepatroon, kenmerkend voor stralen!


Natuurkundige fenomenen laten zich het best verklaren als men licht ziet als een golf.


De golven worden versterkt of verzwakt naargelang ze in fase of tegenfase zijn.


Afbuiging van de lichtstralen door een zwaar hemellichaam
De deeltjes (zowel licht als electronen, maar ook grote symmetrische moleculen zoals fullerenes) hebben een massa, wat de afbuiging van de lichtstralen door hemellichamen verklaart.

Maar de deeltjes hebben ook een trilling, en dat is hun energie. Hoe hoger de frekwentie, hoe hoger de energie. Fluorescentie ontstaat doordat hoge energie licht"stralen" (de UV-straling in TL-buizen en "witte leds") omgezet wordt in lichtstralen met een lagere energie (de zichtbare straling van TL-buizen). Bepaalde ertsen zoals fluoriet zijn van nature fluorescent. Een andere vorm van fluorescentie is het Compton effekt.

Interferentie bij individuele fotonen en electronen

Maar het kan nog leuker! Men neme dezelfde opstelling als gebruikt wordt voor het bepalen van diffraktie en interferentie, maar nu laat men slechts de electronen één per één los. De electronen worden door gevoelig fotopapier opgenomen. Ieder electron laat een wit punt achter. Na 8 electronen haalt men de gevoelige film uit de camera: men ziet 8 nagenoeg willenkeurige witte stippen. Men herhaalt de operatie na 270, 2000 en 6000 individuele electronen. Eenzelfde experiment werd met electronen en fotonen uitgevoerd.

Wat willenkeurig leek bij kleine aantallen is het niet meer bij 6000 fotonen. Iedere individuele foton heeft een interferentie veroorzaakt met de andere fotonen (die al opgevangen waren op de gevoelige plaat of nog niet vertrokken waren). Het is alsof het foton zich zou splitsen, door beide sleuven passeren en zich dan opnieuw combineren. Een foton moet terzelfdertijd eigenschappen van deeltjes (de individuele afdrukken op het fotopapier) en stralen (interferentie) combineren, wat in tegenstelling is met het "principe van complementariteit" van Niels Bohr (geen goesting om dàt te verklaren).

Tot nu toe kan dit fenomeen nog niet adekwaat verklaard worden. Het citaat van Paul Dirac "iedere foton interfereert enkel met zichzelf" is maar een flauwe woordspeling om het fenomeen te verklaren. Tegenwoordig past men het materialistisch principe toe: shut up and calculate: men stelt formules op en gebruikt die in praktische toepassingen, maar men stelt zich niet meer de vraag of licht een deeltje of een straling is.

In de 21ste eeuw zit men even ver als in de 17de eeuw.
Het is alsof het foton zich zou splitsen, door beide sleuven passeren en zich dan opnieuw combineren

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren