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
- Bij breking worden de watergolven afgebogen als ze van een diepe naar een minder diepe bassin gaan (vertraging van de golven): lichtstralen worden ook afgebogen bij de overgang tussen lucht en glas (zo werken de lenzen!).
- Bij diffraktie verplaatsen de golven zich niet precies rechtlijnig, naar worden afgebogen door obstakels. Dit effekt treed in grote mate op bij geluidsgoven en watergolven, maar ook bij radiogolven. Hoe langer de golflengte, hoe opvallender het fenomeen is: de lange golven volgen de kromming van de aarde, maar de korte golven planten zich nagenoeg rechtlijnig voort. Ook bij optica treed eenzelfde verschijnsel op: als men een heel kleine diafragma (opening) gebruikt, dan is het beeld minder scherp dan bij een gemiddelde opening.
- Interferentie is de wisselwerking tussen verschillende golven. Als de golven in fase toekomen, dan worden ze versterkt, als ze in tegenfase zijn werken ze elkaar tegen. Interferentie kan enkel verklaard worden door het golfkarakter van het licht.
Quantum mechanica
Licht zijn nu deeltjes geworden
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
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.
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