Introduktion til lys

I denne video vil jeg give os en grundlæggende introduktion til fænomenet lys. Lys er, det synes jeg i hvert fald, noget mystisk, fordi det på en måde definerer vores virkelighed. Det er måske den mest definerende egenskab ved vores virkelighed. Alt det vi ser, måden virkeligheden opfattes, er baseret på, at lys reflekteres, afbøjes eller spredes af objekter, og opfattes af vores øjne, som derefter sender signaler til vores hjerner, som laver modeller af, hvordan verden omkring os ser ud. Det er nærmest den definerende egenskab af vores virkelighed. Men samtidig, når man går i gang med, at eksperimentere med og observere lys, så har det en del mystiske egenskaber. I det store hele er lys ikke helt forstået endnu. Den mest utrolige ting ved lys -- der er faktisk mange utrolige ting ved lys -- men én af de mystiske ting, når man virkelig går i dybden med det, -- det gælder faktisk ikke kun for lys, det gælder for næsten alting, når man går ned på et kvantemekanisk niveau -- så lys opfører sig både som en bølge OG som en partikel. Det lyder nok lidt mærkeligt, jeg syntes i hvert fald, det er lidt mærkeligt. Jeg er vant til, at nogle ting opfører sig som bølger, ligesom lydbølger eller bølger ved havet. Jeg er også vant til at nogle ting opfører sig som partikler. Ligesom en basketball eller min kaffekop! Jeg er ikke vant til at ting opfører sig som begge dele. Det afhænger af, hvilket eksperiment du laver og hvordan du observer lyset. Når du observerer det som en partikel -- det kommer fra Einsteins arbejde med fotoelektrisk effekt, som jeg ikke vil gå i detaljer med her. Måske i en fremtidig video, når vi snakker om kvantemekanik. Du kan se lys som en række af partikler, der bevæger sig ved lysets hastighed, som jeg vil sige mere om om et øjeblik. Vi kalder disser partikler for fotoner. Du kan se lys på andre måder, som når du ser lys, der brydes af et prisme, så ligner det en bølge og det har en bølges egenskaber. Det har en frekvens og en bølgelængde. Ligesom for andre bølger, så er hastigheden af en bølge lig med frekvens gange bølgelængde. Når du ignorerer dette partikel aspekt af lys og kun kigger på bølge aspektet, så er det stadig spændende fordi de fleste bølger har brug for et medium at bevæge sig i. For eksempel, hvordan lyd bevæger sig gennem luft? Nu tegner jeg lige nogle luftpartikler Nu tegner jeg en lydbølge, der bevæger sig gennem luftpartiklerne. Det der sker i en lydbølge er at nogle af luftpartiklerne presses sammen og de presser dem ved siden af sammen. På den måde er der nogle områder i luften, hvor trykket er højere og nogle områder, hvor trykket er lavere. Det kan du afbilde. Her er et højt tryk, lavt tryk, højt tryk, lavt tryk. Når de støder ind i hinanden og bølgen bevæger sig mod højre, så vil du afbilde det som denne bølge, der går mod højre. Grundlaget for dette, er at energi overføres gennem et medium. Jeg er vant til at visualisere bølger på denne måde. Lys har ikke brug for et medium. Lyset bevæger sig faktisk hurtigst gennem ingenting, gennem vakuum. Det bevæger sig så hurtigt, at man næsten ikke kan forestille sig det. 3 gange 10⁸ meter per sekund. For at sige det på en anden måde: Det er 300 milioner meter i sekundet. Eller på en helt anden måde. Det ville tage lyset mindre end en syvendedel af et sekund at bevæge sig rundt om jorden. Det kan bevæge sig rundt om Jorden mere end 7 gange på et sekund. Så helt utroligt hurtigt. Ikke blot er det en super-hurtig hastighed. Det viser sig, at lys er noget grundlæggende i Universet. Det er ikke kun en super hurtig hastighed, det er den hurtigste hastighed, ikke bare kendt i fysikken, men den hurtigeste overhovedet mulig i fysik. Ikke noget vi lige forventer at forbinde med vores dagligdag. Vi forestiller os nok altid, hvis noget bevæger sig med en hastighed, så er der en myre, der bevæger sig i samme retning ovenpå, og derfor bevæger sig hurtigere. Men intet kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed. Det er fuldstændigt umuligt ifølge vores nuværende forståelse af fysik. Det er altså ikke kun en hurtig hastighed, det er den hurtigste mulige hastighed. Det her, det er en tilnærmelse. Det er faktisk 2,99 et eller andet gange 10⁸ meter i sekundet, men 3 gange 10⁸ er en ret god tilnærmelse. Inden for det synlige spektrum -- Jeg vil komme nærmere ind på, hvad der er udenfor det synlige spektrum om et øjeblik. -- kender du måske farverne som dem i en regnbue. En regnbue dannes netop, fordi lyset fra solen, det hvide lys, brydes af de små vand partikler. Det kan man bedre se, når lys brydes af et prisme. Hvidt lys indeholder lys med alle bølgelængder i det synlige spektrum. De forskellige bølgelængder brydes forskelligt af et prisme. Bølger med en høj frekvens, de blå og de violette, brydes mere. De bliver afbøjet mere end bølger med en lav frekvens altså det røde og orange lys. Bølgelængderne af synligt lys er mellem 400 og 700 nanometer. Jo højere frekvens lyset har jo mere energi har lyset. Det er her, man begynder at snakke om kvantemekanikken i lys. En højere frekvens betyder, fotonerne indeholder mere energi. De har en bedre evne til at overføre kinetik energi og løsrive elektroner eller hvad de nu ellers skal, Lad mig skrive det. Højere frekvens er lig højere energi. Jeg bliver ved med at nævne synligt lys. Du sig er måske, "hvad er der udover synligt lys?" Lys kun er en lille del af et meget større fænomen. Det er kun den del vi kan se. Lad os udvide vores snak. Synligt lys er bare en del af det elektromagnetiske spektrum. Lys er faktisk bare elektromagnetisk stråling. Det jeg har fortalt om lys, at det har bølge egenskaber og det har partikel egenskaber, det gælder ikke kun for synligt lys. Det gælder for alt elektromagnetisk stråling. Ved meget lave frekvenser, altså lange bølgelængder finder vi radiobølger, der gør det muligt, at høre radio, at mobiltelefoner kommunikerer med mobiltelefonmaster. Mikrobølger, dem der får vandmolekyler til at vibrere, så de varmer din mad. Infrarøde stråler, som din krop udsender og gør det muligt, at se mennesker gennem vægge med infrarøde kameraer. Synligt lys. Ultraviolet lys, UV-lys, der kommer fra solen og gør dig solbrændt. Røntgenstråler, der lader os se gennem blødt væv, så vi kan se knoglerne. Gammastråling er den super høje energi, der kommer fra kvasarer og andre fysiske fænomener. Dette er alt sammen eksempler på den helt samme ting. Det er blot sådan, at vi opfatter nogle frekvenser som synligt lys. Du siger: "Hvordan kan det være vi kun kan se nogle af frekvenserne i spektret? Hvorfor kan vi kun se disse frekvenser? Vi kan SE disse frekvenser med vores blotte øjne. Mit gæt på en grund er, det er den frekvens, hvor solen udsender en masse elektromagnetisk stråling. Det oversvømmer Jorden. Hvis du som art vil se ting ved at bruge refleksion af elektromagnetisk stråling, så er det mest nyttigt at se det, hvor der er mest stråling. Det er muligt at i andre virkeligheder eller på andre planeter findes arter der, bedre kan opfatte lys i den ultraviolette eller infrarøde retning. Selv her på Jorden er der nogle, der opfatter bedre i en eller begge retninger. Vi ser rigtig godt i den del af spektret, hvor solen udsender en masse stråling. Jeg vil slutte her, jeg synes, det var en god gennemgang af lys. Hvis noget af dette var lidt svært eller overvældende, eller forvirrende, som bølge-partikel dualitet. Denne ide om at flytte energi gennem ingenting. Vær ikke bekymret! Det virker uforståeligt for selv de bedste fysikere. Du er faktisk allerede på forkant med den førende fysiske tænkning!