Načítám

Transkript

V tomto videu vám chci poskytnout základní přehled o fenoménu světla. Světlo je, alespoň podle mě, docela záhadné, protože z jednoho úhlu opravdu definuje naší realitu. Možná to je nejsilnější charakteristika naší reality. Všechno, co vidíme, jak vnímáme realitu, je založeno na odrazech světla a jeho ohýbání okolo objektů, čili difrakci, což vnímají naše oči a poté posílají signály do našeho mozku, který vytváří model světa okolo nás. Je to opravdu skoro určující vlastnost naší reality, ale zároveň, když začnete zkoumat světlo více experimentálně, objevíte spoustu záhadných vlastností, které ve velké míře nejsou ještě plně pochopeny. A možná ta nejúžasnější věc týkající se světla – vlastně je na světle spousta úžasných věcí – jedna z nejzáhadnějších věcí, což se vlastně netýká jenom světla, platí to skoro pro cokoli, když se dostaneme do malých rozměrů, kde platí zákony kvantové mechaniky, světlo se chová jako vlna a částice zároveň. Tohle pro vás asi nebude snadno pochopitelné, ani já si to dobře nedokážu představit. V životě jsem zvyklý, že se věci chovají jako vlny, třeba zvukové vlny nebo mořské vlny. A jsem také zvyklý, že se určité věci chovají jako částice. Například basketbalový míč, nebo můj šálek kávy. Nejsem zvyklý na věci, které se chovají jako oboje. A to všechno závisí na tom, jaký experiment uděláte a jak světlo sledujete. Pokud ho pozorujete jako částici, jak můžeme vyvodit z Einsteinova fotoelektrického efektu. Nebudu to probírat podrobněji, možná v dalším videu, až začneme přemýšlet o kvantové mechanice. Na světlo se můžete dívat jako na částice pohybující se rychlostí světla. O tom budu za chvíli mluvit. A těmto částicím říkáme fotony. Když se podíváte na světlo jinak, jak ho vidíme, pokud se podíváme na paprsek světla lomený hranolem, vidíme ho jako vlnu. A také má vlastnosti vlny. Má frekvenci a vlnovou délku. A jako ostatní vlny má rychlost, která se rovná frekvence krát vlnová délka. I když budete ignorovat částicovou povahu světla, když se podíváte na světlo jenom jako na vlnění, je stále fascinující, protože většina vln potřebuje médium, kterým cestuje. Například: Když si vzpomenu, jak zvuk cestuje vzduchem. Tady nakreslím pár částic vzduchu. A teď nakreslím zvukovou vlnu cestující skrz vzduchové částice. Zvuková vlna stlačí některé částice vzduchu a ty stlačí sousední částice. A tak máme ve vzduchu body s vyšším tlakem a body s nižším tlakem. Můžete to nakreslit. Takže tady máme vysoký tlak. Vysoký tlak, nízký tlak, vysoký tlak, nízký tlak. A jak tyto částice do sebe naráží, vlna cestuje doprava, když si to nakreslíte, tak uvidíte, že vlna opravdu cestuje doprava. Vše je předpovězeno a založeno na energii cestující skrz prostředí a já jsem zvyklý takto zobrazovat vlny, ale světlo nepotřebuje prostředí. Světlo nepotřebuje prostředí. Světlo vlastně nejrychleji cestuje prázdnem, skrz vakuum. A cestuje nepředstavitelně rychle: 3 krát 10^8 m/s. Pro vaši představu: to je 300 miliónů metrů za sekundu. Nebo jinak: světlu by trvalo méně než sedminu sekundy obletět Zemi neboli by za sekundu obletělo Zemi více než sedmkrát. Nepředstavitelně rychle. A nejenom to, že tak rychle kmitá, neboli je tak rychlé, také nám to říká, že světlo je něco základního v našem vesmíru, protože to není jenom nepředstavitelná rychlost, je to ta nejvyšší rychlost, nejenom známá ve fyzice, ale nejvyšší možná ve fyzice. Což opět není moc intuitivní v našem každodenním světě. Vždycky nás napadne: Ok, když se něco pohybuje určitou rychlostí, tak když se bude mravenec pohybovat na povrchu té věci stejným směrem, bude se pohybovat rychleji. Ale nic se nemůže pohybovat rychleji než světlo. Je to prostě nemožné na základě současného chápání fyziky. Takže to není jenom velká rychlost. Je to největší možná rychlost. A tohle tady je jen přibližné. Vlastně to je 2,99 něco něco krát 10^8 m/s. Ale 3 krát 10^8 m/s je dostatečně přesné zaokrouhlení. Nyní budu mluvit o viditelném světle a co je mimo viditelné spektrum světla. Asi znáte barvy a možná si je představíte jako barvy duhy. K duze fakticky dochází, když se světlo ze Slunce, neboli bílé světlo, lomí v kapkách vody. Můžete to vidět ještě jasněji na světle rozptýleném takovým hranolem. A má všechny rozdílné vlnové délky světla. Bílé světlo obsahuje všechny viditelné vlnové délky. Ale různé vlnové délky se v hranolu lomí různě, takže vlnové délky u vyšších frekvencí, fialové a modré, se lomí pod větším úhlem než nízkofrekvenční vlnové délky, než červené a oranžové. A když se podíváte na vlnovou délku světla, viditelné světlo je mezi 400 nanometry a 700 nanometry. A čím je vyšší frekvence, tím vyšší energie světla. A to souvisí s kvantovou mechanikou. Vyšší frekvence znamená, že každý z těchto fotonů má vyšší energii. Mají lepší schopnost pomocí kinetické energie vyrazit elektrony nebo udělat jiné věci. Takže vyšší frekvence, napišme si to: vyšší frekvence znamená vyšší energie. Pořád tady mluvím o viditelném světle. A můžete se zeptat: Co je za viditelným světlem? A zjistíte, že světlo je jenom část o hodně většího fenoménu, jenom část, kterou jsme schopni pozorovat. A když tuto diskuzi rozšíříme ještě dále: Viditelné světlo je opravdu jenom část elektromagnetického spektra. Světlo je vlastně jenom elektromagnetická radiace. Elektromagnetická radiace. A všechno, co jsem vám teď řekl o světlu, to, že se chová jako vlna i jako částice, se netýká jenom viditelného světla. Platí to o celém elektromagnetickém záření. Takže na velmi nízkých frekvencích, neboli dlouhých vlnových délkách, najdeme rádiové vlny, které umožňují rádiu dosáhnout do vašeho auta, umožňují vašemu mobilu spojit se s vysílačem. Mikrovlny rozvibrují molekuly vody ve vašem jídle tak, že se zahřejí. Infračervené záření, které vydává vaše tělo, a tak můžete detekovat lidi skrz zdi pomocí infrakamer. Viditelné světlo, ultrafialové světlo, to světlo, co jde ze slunce a spálí vás. Rentgenové paprsky. Radiace, která nám dovolí podívat se skrz měkký materiál a vidět kosti. Gama záření. Supersilná energie, co vychází z kvasarů, a další druhy fyzikálních jevů. To jsou všechno ukázky toho samého. My pouze vnímáme určité frekvence jako viditelné světlo. A můžete se zeptat: „Hej, Sale, proč vidíme jenom určité frekvence?“ Proč vidíme zrovna tyto frekvence? Doslova dokážeme vidět tyto frekvence pouhým okem. A důvod, podle mého nejlepšího vědomí, je, že to je frekvence, kde slunce vyzařuje nejvíc elektromagnetického záření. Slunce osvětluje Zemi a když, jako živočišný druh, chcete pozorovat věci založené na odražené energii, odražené elektromagnetické energii, nejvíc se hodí vnímat věci, na které padá nejvíc elektromagnetické radiace. Takže je možné, že v jiných realitách nebo na jiných planetách budou organizmy, které vnímají víc ultrafialového spektra nebo infračerveného spektra. Dokonce na Zemi jsou nějaké, které vidí lépe na nějakém konci spektra. Ale my vidíme opravdu dobře v té části spektra, kde na nás Slunce vyzařuje nejvíce. U toho skončíme, myslím, že teď máte docela dobrý přehled o světle. A jestli se něco z toho zdá neintuitivní nebo divné nebo opravdu matoucí, tato dualita vlna/částice, tahle myšlenka přenosu energie skrz nic, vypadá podivně: Nebojte. Je to podivné i pro ty nejlepší fyziky. Takže jste už teď na špici fyzikálního myšlení.