Až do 20. století bylo světlo chápáno jako vlna. Youngovy experimenty v roce 1801 ukázaly obrazce vytvořené paprsky světel, které nebylo možné vysvětlit jinak než považováním světla za vlnu, jejíž nejvyšší a nejnižší bod se v některých místech obrazce navzájem vyruší. Toto porozumění vyvrcholilo v roce 1865 Maxwellovým odvozením rovnic světelných vln. Maxwellovy rovnice nabídly možnost, jak vysvětlit většinu jevů zahrnujících světlo. Světlo pak bylo jednomyslně chápáno jako chvění elektromagnetických polí, podobně jako zvuk sestává z vibrací vzduchu.

Youngův experiment: Světlo prochází dvěma velmi úzkými štěrbinami (vlevo) a promítá se na plátno. Na plátně (vpravo) jsou vidět střídající se pásy intenzivního a slabého osvětlení, tzv. interferenční obrazec. Tento výsledek lze vysvětlit, pokud světlo považujeme za elektromagnetickou vlnu. Po průchodu štěrbinami se vlna rozdělí na dvě vlny. Když se setkají dvě maxima vln, dojde k tzv. pozitivní interferenci, kdy se intenzita světla znásobí (intenzivní osvětlení), zatímco když se maximum setká s minimem, vlny se navzájem vyruší (žádné osvětlení). Můžete si to vyzkoušet sami doma podle pokynů ve videu (odkaz níže). Zdroj obrázků: Uživatelé Tatoute a Fffred~commonswiki na Wikipedii.

Během úsvitu kvantové revoluce na počátku 20. století existovalo mnoho náznaků poukazujících na částicovou povahu světla. Například model záření černého tělesa představený Maxem Planckem v roce 1901 předpokládá, že energii elektromagnetických vln lze rozdělit pouze na jednotlivé balíčky. Einsteinovo vysvětlení fotoelektrického jevu publikované v roce 1905 předpokládá, že světlo může být vyzařováno pouze v malých balíčcích, které nyní nazýváme kvanta (fotony), a že energie těchto balíčků je úměrná jejich frekvenci.

Jasným důkazem, že se světlo chová jako částice, je Comptonův jev, který byl poprvé pozorován v sérii experimentů v letech 1922 až 1924. V jednom z pokusů bylo pozorováno, že elektrony jsou vyráženy z materiálu ozářeného rentgenovými paprsky. Tyto elektrony jsou obvykle doprovázeny rentgenovým zářením delší vlnové délky, než má původní záření, které elektrony z materiálu uvolnilo. Podle zákonu zachování hybnosti lze rentgenovým paprskům připsat hybnost, která je nepřímo úměrná vlnové délce. Jinými slovy, fotony se řídí podle stejných zákonů jako kulečníkové koule.

Ale jak se nyní smíříme s tím, že v mnoha experimentech se světlo chová jako částice, zatímco v jiných se chová jako vlna? Tento paradox se nazývá vlnově-částicová dualita a zabývá se jí kvantová teorie pole. Z ní je pro nás nejdůležitější to, že vysvětluje jak světelné interference, tak vyrážení elektronů světlem.

Nakonec, i když existují velmi pokročilé, často nekonzistentní teorie světla, nikdy plně nepochopíme skutečnou povahu světla. Vědecké závěry bývají omezeny lidskými smysly a pozorováními. Pokud jeden vědecký model správně popisuje určitou sadu pozorování, je dobré mít jiný, i když nekonzistentní model, pro vysvětlení dalších, odlišných pozorování. Mezi vědci se říká, že „všechny modely jsou špatné, ale některé jsou užitečné“. Je to pokorná připomínka, že věda je především o vyprávění příběhu lidské zkušenosti než o absolutním popisu jevů probíhajících kolem nás.

Pro Zeptej se vědce odpovídal Benoit