Moment der Wissenschaft: Lichtwellen vs. Teilchen

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Was ist Licht? Das ist eine große Frage, um voranzukommen … genauer gesagt, ist Licht eine Welle oder ein Teilchen? … Immer noch sehr kompliziert, aber lassen Sie uns herausfinden, warum.

* Die grundlegendste Art, sich Licht vorzustellen, ist der Teil des elektromagnetischen Spektrums, der mit bloßem Auge gesehen werden kann. Das sind alle Farben des Regenbogens – irgendwo zwischen Infrarot- und Ultraviolettstrahlung, die für uns unsichtbar sind. Mikrowellen, Radiowellen … das sind alles andere Stellen im Spektrum, also denken Sie vielleicht: „Oh, nun, Licht muss eine Welle sein!“ Das dachte sich Thomas Young, als er sein berüchtigtes „Doppelspalt-Experiment“ durchführte. Beginnen Sie mit einer Lichtquelle mit nur einer Frequenz – es funktioniert nicht mit rein weißem Licht, also gehen wir einfach mit Gelb. Leuchten Sie es durch zwei Öffnungen, und die Wand dahinter zeigt eine Art abwechselndes Muster. Da sich Wellen gegenseitig interferieren – konstruktiv und destruktiv –, trägt dies wesentlich zur Erklärung des Musters bei.

* Mehr als ein Jahrhundert später kommt Albert Einstein ins Spiel! Er sagte, dass Licht auch als „Photonen“ beschrieben werden kann … winzige Teilchen, die reine Energie ohne Masse sind. Einstein fand heraus, dass Elektronen von einem belichteten Metallblech abfliegen, und intensiveres Licht lässt mehr Elektronen abfliegen. Das würde Sinn machen, wenn das Blech mit Partikeln beschossen würde. Dieser „photoelektrische Effekt“ brachte ihm vor etwas mehr als einem Jahrhundert den Nobelpreis ein, aber Einstein nahm dieses Doppelspaltexperiment und stellte es auf den Kopf.

* Nehmen wir an, Sie werfen Tennisbälle durch dieselben zwei Löcher von früher. Sie können sie in leicht unterschiedlichen Winkeln werfen, aber Sie werden immer noch zwei allgemeine Flecken von Markierungen haben, wo sie auftreffen. Versuchen wir es jetzt mit Photonen. Wenn Sie einen Schlitz abdecken, erhalten Sie diesen Punktfleck, den Sie erwarten würden, wenn Licht durchscheint … aber wenn Sie beide Löcher offen haben, erhalten Sie plötzlich wieder ein Muster, das stark nach Welleninterferenz aussieht. Noch seltsamer, wenn Sie diese Photonen einzeln durchfeuern, ohne Interferenz von einer anderen Quelle … es beginnt zufällig, aber Sie erhalten schließlich immer noch dieses Wellenmuster!

* Wissenschaftler sagten: „Okay, wir werden dort einen Sensor einbauen, um zu zeigen, durch welchen Schlitz die Photonen wann passieren.“ Die Hälfte der Photonen ging durch einen Schlitz, die andere Hälfte durch den anderen, wie Sie es erwarten würden … aber als sie den Sensor stoppten, kam das Wellenmuster sofort zurück. Das Licht verhält sich wie Partikel, wenn Sie es beobachten, und wellt sich, wenn Sie es nicht sind!

* Das hat so viele andere Facetten, aber lasst es uns einfach beenden mit „Licht ist SOWOHL eine Welle als auch ein Teilchen, abhängig von …“ Nun, wenn Sie das beantworten können, würde das Nobelkomitee gerne mit Ihnen sprechen.

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