Aktualny czas:0:00Całkowity czas trwania:9:37

Podstawowe informacje o świetle — film z polskimi napisami

Transkrypcja filmu video

Chciałbym przez to wideo dać Wam podstawowe wprowadzenie do fenomenu światła. Światło, przynajmniej dla mnie, jest tajemnicze ponieważ na każdym poziomie określa naszą rzeczywistość. Może to być najbardziej charakterystyczna cecha naszej rzeczywistości. Wszystko, co widzimy, jak odbieramy rzeczywistość, jest oparte na świetle odbijającym się od rzeczy, zaginającym lub uginającym się na obiektach a potem wykrywanym przez nasze oczy i wysyłanym jako impulsy do mózgu tworzącego model świata, który widzimy wokół nas. Więc to prawie definiująca cecha naszej rzeczywistości, ale, w tym samym czasie, jeśli zacząłbyś obserwować i eksperymentować ze światłem zaczyna mieć ono mnóstwo tajemniczych właściwości i w dużym stopniu nie jest jeszcze poznane. Prawdopodobnie najbardziej fascynującą rzeczą w świetle (cóż, właściwie jest mnóstwo fascynujących spraw w świetle) ale jedną z tajemniczych rzeczy jest to, że kiedy naprawdę zajmiesz się nim i nie odnosi się to właściwie tylko do światła, ale do praktycznie wszystkiego wokół Ciebie przeniesionego na dosyć mały poziom mechaniki kwantowej, ale światło zachowuje się zarówno jak fala i jak cząsteczki. I nie jest to prawdopodobnie intuicyjne dla Ciebie, ponieważ nie jest to również tak intuicyjne dla mnie! W moim życiu jestem przyzwyczajony, że pewne rzeczy zachowują się jak fale, jak na przykład fale dźwiękowe, lub fale oceanu. Jestem też przyzwyczajony, że inne zachowują się jak cząsteczki. Jak... piłki do koszykówki, albo... na przykład... na przykład moja filiżanka do kawy. Nie jestem przyzwyczajony do rzeczy mających i takie, i takie właściwości! To tak naprawdę zależy od tego, na jaki eksperyment spojrzysz i jak będziesz obserwował światło. Więc, jeśli będziesz je obserwował jako cząsteczki, co wywodzi się z pracy Einsteina o efekcie foto-elektrycznym (nie będę się tu rozwodził nad szczegółami, może w następnym wideo, jeśli zagłębiać się w mechanizmy kwantowe) możesz zobaczyć światło jako ciąg cząsteczek poruszających się z prędkością światła. O czym za sekundę powiem... Nazywamy te cząsteczki FOTONAMI. Jeśli spojrzysz na światło w inny sposób, zobaczysz je nawet wtedy, gdy wiązka światła zostanie załamana przez pryzmat i będzie wyglądać jak fala. Będzie miała też właściwości fali. Ma częstotliwość i ma długość fali. I podobnie jak dla innych fali, prędkość tej fali to jej częstotliwości razy długość [v = f * lambda]. Teraz, nawet pomijając cząsteczkowy aspekt światła, jeśli spojrzałbyś tylko na falową postać światła, jest ono nadal fascynujące, ponieważ większość fal wymaga nośnika do przemieszczania się. Na przykład dźwięk rozchodzący się w powietrzu. Pozwólcie więc, że narysuję kilka cząsteczek powietrza. Tutaj są cząsteczki powietrza, narysuję falę dźwiękową rozchodzącą się przez cząsteczki powietrza. Co się dzieje w fali dźwiękowej, to zagęszczanie cząsteczek powietrza, które zagęszczają potem kolejne, blisko nich. I tak masz punkty w powietrzu, które mają wysokie, myślę, że można tak powiedzieć, wyższe ciśnienie i punkty mające niższe ciśnienie, co można pokazać na wykresie. Więc mamy tu wysokie ciśnienie. Wysokie ciśnienie, niskie ciśnienie, wysokie ciśnienie, niskie ciśnienie... Kiedy te rzeczy wpadają na siebie, fala przemieszcza się zasadniczo w prawo, jeśli chciałbyś przedstawić , zobaczyłbyś, że fala również przemieszcza się w prawo. Ale to wszystko jest oparte na energii rozchodzącej się w ośrodku i jestem przyzwyczajony do przedstawiania fal w ten sposób, ale światło NIE POTRZEBUJE OŚRODKA! Światło nie potrzebuje ośrodka, będzie się właściwie rozprzestrzeniało szybciej przez pustkę, przez próżnię. I będzie się poruszało z niewyobrażalną prędkością: 3*10^8 m/s. Żeby sobie to uzmysłowić: to 300 milionów metrów na sekundę. Inny sposób, żeby to pojąć: światłu okrążenie Ziemi zajmie mniej niż 1/7 sekundy, czyli w czasie sekundy okrąży Ziemię ponad siedem razy. A więc niewyobrażalnie szybko. I nie tylko jest to super szybkie tempo, czy miara wielkiej prędkości, ale po raz kolejny pokazuje nam, że światło to coś fundamentalnego dla naszego wszechświata, to nie tylko niewyobrażalna prędkość, to NAJWIĘKSZA prędkość nie tylko znana, ale w ogóle osiągalna w fizyce. Tak więc po raz kolejny coś bardzo nieintuicyjnego pojawia się w naszej codzienności. Zawsze wyobrażamy sobie, że jeśli coś porusza się z jakąś prędkością, może siedzi na tym mrówka, poruszając się w tym samym kierunku możemy to coś wyprzedzić. Ale nic nie może się poruszać z prędkością większą, niż prędkość światła! To absolutnie niemożliwe, bazując na obecnym rozumieniu fizyki. Więc nie jest to tylko duża, największa prędkość. To największa możliwa prędkość. To właściwie jest przybliżeniem, to dokładnie 2.99 i trochę razy 10 do ósmej potęgi metrów na sekundę. Ale 3 razy 10 do ósmej potęgi to całkiem dobre przybliżenie. Teraz w spektrum światła widzialnego i będę mówić o tym, co jest poza spektrum światła widzialnego. Prawdopodobnie znasz kolory i może wyobrażasz je sobie jako kolory tęczy, która powstaje, kiedy światło słoneczne, czyli białe światło, zostaje rozproszone przez drobne cząsteczki wody. Możesz to sobie lepiej wyobrazić, kiedy zobaczysz światło załamane przez pokazany tu pryzmat. Światło składające się z fal o różnych długości, czyli światło białe zawiera wszystkie widzialne długości fal. Ale fale o różnej długości są inaczej załamywane przez pryzmat. Więc w przypadku fal o wyższej częstotliwości, fioletowych i niebieskich, są one załamywane bardziej, ich załamanie jest większe niż fal o małej częstotliwości, jak np. pokazane tutaj czerwone i pomarańczowe. Jeśli chciałbyś zająć się długościami fal widzialnego światła, składa się ono z fal o długości 400-700 nanometrów. Im wyższa częstotliwość, tym większa energia w tym świetle. To przydaje się, jeśli chcesz mówić o mechanice kwantowej. Wyższa częstotliwość oznacza, że każdy z fotonów ma wyższą energię. Mają więc większą zdolność aby swoją energią kinetyczną uderzać w elektrony lub cokolwiek innego chciałyby zrobić. Zatem wyższa częstotliwość, pozwólcie, że zapiszę, WYŻSZA CZĘSTOTLIWOŚĆ znaczy WIĘKSZA ENERGIA. Teraz powrócę do idei światła widzialnego. Możesz powiedzieć: ,,Co jest oprócz światła widzialnego?" Okazuje się, że światło to tylko część dużo szerszego zjawiska, które rządzi się takimi samymi zasadami. Poszerzymy trochę temat dyskusji. Światło widzialne jest tylko częścią widma elektromagnetycznego. Więc światło jest tak naprawdę tylko promieniowaniem elektromagnetycznym. [promieniowanie elektromagnetyczne] Wszystko, co dotychczas powiedziałem o świetle, że ma i właściwości fali, i właściwości cząsteczek, to nie tylko specyfika światła widzialnego. To jest prawdziwe dla całego promieniowania elektromagnetycznego. Więc na bardzo niskich częstotliwościach lub bardzo dużych długościach fal, mówimy o rzeczach jak np. fale radiowe, pozwalających odbierać radio w Twoim samochodzie lub umożliwiających łączenie się Twojego telefonu z wieża telefoniczną. Mikrofale sprawiają, że cząsteczki wody zaczynają wibrować, dzięki czemu Twoje jedzenie się podgrzewa. Podczerwień, czyli to, co nasze ciało uwalnia, oraz to, co pozwala kamerom termowizyjnym wykryć człowieka przez ścianę. Światło widzialne ... Światło ultrafioletowe, promieniowanie UV pochodzące od słońca i mogące powodować oparzenia słoneczne. Promienie rentgenowskie! Promieniowanie pozwalające nam widzieć przez tkanki miękkie i oglądać kości. Promieniowanie gamma! o bardzo wysokiej energii, która pochodzi z kwazarów i innych rodzajów zjawisk fizycznych. To wszystko przykłady tego samego zjawiska! Jego część odbieramy jako światło widzialne! Mógłbyś powiedzieć ,,Czemu możemy spostrzec tylko niektóre częstotliwości? Jak to możliwe, że widzimy tylko te częstotliwości? " Więc zaznaczę to Dosłownie widzimy gołym okiem te częstotliwości. A powodem (lub przynajmniej moim najbliższym wyobrażeniem o przyczynie) jest to, że to częstotliwości, przy których słońce wyrzuca dużo promieniowania elektromagnetycznego. Więc oświetla ono ziemię i jeśli chciałbyś obserwować rzeczy w zależności od odbitej elektromagnetycznej energii, najbardziej opłacalne jest, aby móc odbierać rzeczy, gdzie promieniowanie elektromagnetyczne jest największe. Więc jest możliwe, że w innych rzeczywistościach lub innych planetach są gatunki, które dostrzegają więcej w zakresie promieni ultrafioletowych lub w podczerwieni. Nawet na Ziemi są gatunki, które lepiej spisują się na obu krańcach zakresu. Ale my najlepiej widzimy w tej części spektrum, gdzie słońce wysyła najwięcej promieniowania do nas. Teraz zostawię Ciebie, myślę, że to całkiem dobry przegląd informacji o świetle. Jeśli jakieś sprawy wydają Ci się nielogiczne, trudne lub na jakimś poziomie mylące, dwoistość falowo-cząsteczkowa, idea przenoszenia energii w próżni wydają się nieintuicyjne: nie martw się! To jest niełatwe nawet dla najlepszych fizyków! Zaczynasz więc myśleć jak prawdziwy fizyk!