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Was ich mit diesem Video erreichen will, ist es
uns eine Einleitung zum "Phänomen Licht" zu geben.
Licht ist - zumindest für mich- ein Mysterium,
denn auf eine Art und Weise legt es bestimmt es unsere Realität
Es ist vielleicht die grundlegendste Eigenschaft unserer Realität
alles, was wir sehen, wie wir unsere Realität wahrnehmen geht auf Licht zurück,
das von Dingen reflektiert, um sie herum gebeugt, oder an ihnen gebrochen wird,
und dann von unseren Augen wahrgenommen wird
,die Signale an unser Gehirn leiten, das ein Modell unserer Umgebung erstellt
es ist also eine grundlegende
Eigenschaft unserer Realität, aber trotzdem,
wenn man mit Licht experimentiert und es beobachtet,
hat es einige merkwürdige Eigenschaften
und es wurde bisher bei weitem nicht vollständig verstanden.
Und wahrscheinlich das Erstaunlichste an Licht
-obwohl es eine Menge erstanulicher Dinge gibt-
aber eines der merkwürdigen Dinge ist,
wenn man sich darüber Gedanken macht, und das gilt nicht nur für Licht
das gilt eigentlich für fast alles, wenn man
eine ausreichend kleine quantenmechanische Betrachtungsebene gelangt,
aber Licht verhält sich wie eine Wellen UND wie ein Teilchen.
Das ist wahrscheinlich für euch nicht sonderlich erschließend,
aber für mich ist es das auch nicht!
Normalerweise bin ich an Dinge gewöhnt,
die sich entweder wie eine Welle verhalten, wie Schallwellen
oder Wellen im Meer.
Und ich kenne Dinge, die sich wie Teilchen verhalten.
Wie, Basketbälle, was auch immer...
Oder... meine Kaffeetasse. Ich bin nicht an Dinge gewöhnt,
die beides tun.
Es kommt wirklich darauf an, was für ein Experiment
man durchführt und wie man Licht beobachtet.
Also, wenn man es als Teilchen auffasst,
und das liefert Einsteins Arbeit über den photoelektrischen Effekt,
und ich werde hier nicht ins Detail gehen, vielleicht in einem anderen Video,
wenn man beginnt über Quantenmechanik nachzudenken,
Man kann sich Licht als einen Strom von Teilchen vorstellen, die sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen,
worüber ich gleich noch sprechen werde.
Wir nennen diese Teilchen PHOTONEN.
Wenn man Licht anders auffasst
wie bei einem Lichtstrahl,
der an einem Prisma gebrochen wird, sieht es wie eine Welle aus.
Es hat auch die Eigenschaften einer Welle.
Es hat eine Frequenz und eine Wellenlänge.
Und wie bei anderen Wellen, ist die Geschwindigkeit der Welle die Frequenz mal der Wellenlänge (v = f * Lambda)
Selbst wenn man den Teilchenaspekt von Licht vernachlässigt,
wenn man nur die Welleneigenschaften betrachtet, ist Licht immer noch faszinierend.
Die meisten Wellen brauchen ein Medium, durch das sie wandern.
Zum Beispiel:
Schall, der sich durch die Luft bewegt.
Lasst mich ein paar Luftpartikel malen.
Luftpartikel, hier
Ich male eine Schallwelle, die sich durch die Luft bewegt.
Was in einer Schallwelle passiert, ist dass
man manche Luftteilchen komprimiert,
und die daneben.
Und so hat man Bereiche in der Luft mit, man könnte vielleicht sagen, höherem Druck
und Bereiche niedrigeren Drucks
und das kann man aufzeichnen
Also haben wir hier hohen Druck. Hoher Druck, niedriger Druck, hoher Druck, niedriger Druck...
Wenn diese Teilchen gegeneinander stoßen, wandert die Welle nach rechts
und wenn man das aufzeichnet,
sieht man diese Welle auch nach rechts wandern.
Aber all das basiert auf Energie,
die durch ein Medium wandert und ich bin daran gewöhnt, Wellen so darzustellen. Aber Licht braucht kein Medium.
Licht braucht kein Medium.
Es bewegt sich sogar am schnellsten durch nichts, durch ein Vakuum.
Und das tut es mit einer unglaublich hohen Geschwindigkeit: 3*10^8 m/s.
Nur um euch davon eine Vorstellung zu geben:
Das sind 300 Millionen Meter pro Sekunde.
Oder Licht würde weniger als ein Siebtel einer Sekunde
brauchen, um die Erde zu umrunden,
oder es könnte die Erde in einer Sekunde siebenmal umrunden.
Also unglaublich schnell. Und das ist nicht nur extrem schnell,
es stellt auch eine grundlegende Größe für das Universum dar,
weil es nicht nur unglaublich schnell ist, sondern weil es die schnellste Geschwindigkeit überhaupt ist,
auch nicht die höchste bekannte Geschwindigkeit, sondern die höchstmögliche Geschwindigkeit in der Physik.
Also wieder etwas schwer vorstellbares in unserer täglichen Umgebung.
Wir denken immer, wenn sich etwas mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt,
wenn vielleicht eine Ameise darauf
in die gleiche Richtung läuft, würde sie noch schneller sein.
Aber nichts kann schneller sein als die Lichtgeschwindigkeit.
Es ist vollkommen unmöglich, nach unserem heutigen Verständnis von Physik.
Es ist nicht nur schnell, sondern die schnellste Geschwindigkeit. Die schnellstmögliche Geschwindigkeit.
Und das hier ist nur eine Näherung,
es ist eigentlich 2,99 irgendwas, irgendwas mal 10 hoch 8 Meter pro Sekunde.
Aber 3 mal 10 hoch 8 ist eine ziemlich gute Näherung.
Nun zum sichtbaren Licht, ich werde gleich noch über
das was dahinter liegt sprechen.
Ihr kennt wahrscheinlich Farben
und vielleicht stellt ihr sie euch als die Farben des Regenbogens vor,
und Regenbögen gibt es auch, weil Licht von der Sonne,
das weiße Licht von kleinen Wasserpartikeln gebrochen wird,
man kann das deutlicher sehen,
wenn man Licht an einem Prisma gebrochen sieht wie hier drüben.
Die verschiedenen Wellenlängen, weißes Licht
enthält alle sichtbaren Wellenlängen,
also die verschiedenen Wellenlängen werden durch das Prisma verschieden gebrochen,
in diesem Fall wird höher frequentes Licht,
violett und blau, wird stärker gebrochen,
seine Richtung wird stärker gebogen als die des niederfrequenten Lichts,
als das rote und oranges Licht hier drüben.
Und wenn man die Wellenlängen betrachtet,
sichtbares Licht ist zwischen 400 und 700 Nanometern.
Und je höher die Frequenz, desto höher ist die Energie des Lichts
Und das geht über
in die Quantenmechanik.
Je höher die Frequenz, desto höher ist die Energie jedes dieser Photonen.
Sie haben eine größere Fähigkeit, kinetische Energie abzugeben um Elektronen herauszuschlagen,
oder was immer sie tun sollen.
Also höhere Frequenz, lasst mich das aufschreiben
Höhere Frequenz bedeutet höhere Energie.
Ich beziehe mich gerade immer auf den Gedanken des sichtbaren Lichts.
Und ihr könntet fragen: "Was gibt es darüber hinaus?"
Und ihr werdet sehen, dass Licht nur ein Teil
eines viel größeren Phänomens ist. Es ist nur der Teil,
den wir beobachten.
Und wenn wir die Diskussion ein bisschen erweitern wollen,
Licht, beziehungsweise sichtbares Licht, ist wirklich nur ein Teil des elektromagnetischen Spektrums,
Licht ist einfach nur elektromagnetischen Strahlung.
elektromagnetische Strahlung
Und alles, was ich euch bis jetzt über Licht erzählt habe, ist,
dass es Wellen- und Teilcheneigenschaften besitzt
Das gilt nicht nur für sichtbares Licht.
Es gilt für alle elektromagnetischen Strahlungen.
Bei sehr kleinen Frequenzen, oder sehr großen Wellenlängen,
sprechen wir von Radiowellen,
die das Radio zu unseren Autos übertragen,
die es den Handys erlauben
mit den Antennen zu kommunizieren.
Mikrowellen, die Wassermoleküle im Essen
zum Schwingen anregen, um es aufzuwärmen.
Infrarot, was unsere Körper abstrahlen,
wodurch man Menschen mit Infrarotkameras durch Wände hindurch erkenne kann.
Sichtbares Licht, Ultraviolettes Licht, das UV-Licht von der Sonne.
die uns Sonnenbrände verschafft,
Röntgenstrahlung, die Strahlung, die es uns ermöglicht,
durch weiches Material hindurchzusehen und die Knochen zu erkennen.
Gammastrahlung, die extrem starke Energie, die von Quasaren kommt,
und andere Arten physikalischer Phänomene
Das sind alles Beispiele ein und der derselben Sache.
Wir können nur einige Frequenzen als "sichtbares" Licht wahrnehmen.
Und man könnte sagen: "Hey, Sal, wie kommt es,
dass wir nur bestimmte Wellenlängen sehen können?
Wie kommt es, dass wir gerade diese Wellenlängen sehen?"
Wortwörtlich, können wir genau diese Frequenzen mit dem bloßen Auge sehen.
Und der Grund, oder meine eheste Vermutung ist:
Das ist die Frequenz, wo die Sonne besonders viel elektromagnetische Wellen abstrahlt,
Damit bestrahlt sie die Erde,
und als eine Spezies will man Dinge erkennen,
auf der Grundlage reflektierter Energie, reflektierte elektromagnetische Energie,
es ist also am nützlichsten, Dinge wahrzunehmen,
wenn es am meisten elektromagnetische Strahlung gibt.
Es ist also möglich, dass es auf anderen Planeten
Spezies gibt, die mehr Ultraviolett wahrnehmen.
oder Infrarot.
Selbst auf der Erde gibt es manche.
die mehr an einem Ende des Spektrums wahrnehmen können.
Aber wir sehen ziemlich gut in dem Teil des Spektrums,
in dem die Sonne besonders viel Strahlung auf die Erde sendet.
Ich werde es bei dem belassen, ich denke, das ist ein ziemlich guter Überblick über Licht.
Und falls euch irgendetwas merkwürdig vorkommt,
abschreckend, oder wirklich verwirrend,
dieser Wellen-Teilchen-Dualismus, dieser Gedanke
von Übertragung von Energie durch das Nichts
und das erscheint euch komisch: Keine Sorge!
Es ist selbst für die besten Physiker merkwürdig.
Ihr seid also jetzt schon an der Spitze des physikalischen Denkens!