Bestaat licht uit deeltjes (fotonen) of is het een golf?

Michiel, 17 jaar
6 mei 2008

Ik lees overal iets verschillend: licht zou bestaan uit fotonen of dan weer blijkt licht een golf te zijn. Wat is nu de juiste?

Antwoord

Wetenschap heeft enkel modellen en 'juiste' modellen bestaan niet.  Er zijn enkel modellen waarvan wetenschappers geloven dat ze momenteel de beste modellen zijn in een bepaalde context om bepaalde fenomenen te beschrijven of om een bepaald gewenst resultaat te bereiken. 

  • Enerzijds zijn er de (dynamische) vergelijkingen van Maxwell, dit zijn vergelijkingen die de interacties tussen geladen deeltjes beschrijven aan de hand van wat men elektrische en magnetische velden noemt. Misschien heb je al gehoord van het elektrisch veld rond een puntlading en het magnetisch veld rond een rechte geleider, dit zijn oplossingen van deze vergelijking in speciale gevallen. In andere speciale gevallen hebben deze vergelijkingen ook een oplossing waarbij de velden in een rechte lijn zich kunnen voortplanten als een golf met een bepaalde frequentie. Dat wil zeggen dat de elektrische en magnetische velden vooruitgaan zoals golven op de zee zich voortplanten. Het aantal golven dat per seconde voorbij een punt passeert, heet de frequentie van de golf.  Elke lichtkleur komt overeen met een bepaalde frequentieband. Doordat golven kunnen afbuigen wanneer hun omgeving verandert, kunnen we precies verklaren waarom regenbogen bestaan, waarom voorwerpen onder water groter zijn enz.
     
  • Volgens veel chemische modellen zitten elektronen rond atoomkernen of groep van atoomkernen. Elektronen kunnen aanwezig zijn rond die kernen als ze één van de toegelaten toestanden aannemen rond die kernen. Met elke toestand komt een bepaalde energie van het elektron overeen. Wanneer zo'n elektron van één configuratie van kernen naar een andere configuratie gaat, en het elektron gaat naar een toestand van lagere energie, dan stuurt het elektron een deeltje uit dat we foton noemen. Dit deeltje bevat precies zoveel energie als het verschil in energie van de toestand van het elektron in de ene configuratie als de andere. Als veel fotonen uitgezonden worden, en de fotonen hebben de juiste energie, dan nemen we dit waar als licht dat een bepaalde kleur heeft.  Dit gebeurt bijvoorbeeld in een LED, wanneer de elektronen van het ene metaal in een ander metaal geleid worden en het metaal de elektronen verplicht een andere toestand aan te nemen. Of wanneer je iets 'verbrandt', dan verandert de chemische verbinding van het materiaal en daarin moeten de elektronen nieuwe toestanden aannemen.
     
  • In de kwantummechanica spreken we over deeltjes die verschillende toestanden kunnen aannemen. Wanneer een deeltje zich in een kleine ruimte bevindt, spreken we over een toestand met een sterk 'deeltjeskarakter'. Wanneer anderzijds een deeltje zich in een grote ruimte bevindt, krijgen we vaak een toestand met een sterk 'golfkarakter'. Als het deeltje zich rondom een een atoomkern bevindt, zit het in een kleine ruimte, en gebruik je beter de deeltjes theorie. Wanneer veel fotonen samen door de ruimte reizen, dan is er veel ruimte en gebruik je beter de golf theorie. De kwantummechanica vertelt wanneer je beter de ene theorie gebruikt en wanneer beter de andere.
     
  • Er is ook een kwantum-elektrische-velden-theorie, deze theorie beschrijft de interactie tussen fotonen en geladen deeltjes en tussen geladen deeltjes onderling. Deze theorie is de meest fundamentele en verklaart zo goed als alle bestudeerde verschijnselen omtrent licht en interacties tussen geladen deeltjes. Toch is het niet eenvoudig om in de praktijk iets te berekenen en is deze theorie niet te verzoenen met de beste theorieën over zwaartekracht. Wetenschappers vermoeden daarom dat er ooit een betere theorie zal gevonden worden en sommige beweren dat deze al bestaat. 

Reacties op dit antwoord

Er zijn nog geen reacties op deze vraag.

Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.

Zoek andere vragen

© 2008-2021
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door het
Koninklijk Belgisch Instituut voor Natuurwetenschappen