Объясните понятие света/электромагнитных волн/фотонов нефизику

Вам обоим стоит посмотреть это видео Ричарда Фейнмана: https://www.youtube.com/watch?v=qjmtJpzoW0o

Я думаю, что это относится и к вопросам «что». Если вы попытаетесь описать, что такое свет, вы просто замените его другими терминами. Тогда ваш друг может не понять этих терминов, и в конечном итоге вы замените их еще большим количеством терминов, и этот цикл в конечном итоге будет продолжаться бесконечно.

Физика описывает поведение света — мы можем предсказать, что произойдет в вашем глазу или что будет измерено каким-то оборудованием при определенных обстоятельствах, и этого достаточно для всех практических целей. Все остальные вещи, такие как «частицы» или «волны», являются нашими аналогиями, которые просто помогают нам понять уравнения. Но точно описать, что такое свет, в принципе невозможно, как нельзя определенно описать, что такое скала. Вам просто нужно принять существование чего-то на каком-то уровне понимания.

Нефизик спросил меня о специальной теории относительности. [...]
Я попытался собрать воедино различные аспекты света.

Чего не хватает в вашем списке OP, так это « аспекта », который имеет первостепенное значение для основания (и, следовательно, для объяснения) теории относительности. А именно:

" свет " в смысле "обмена сигналами"; конкретно имея в виду «сигнальный фронт» .

Этот конкретный « аспект » и предпосылку для понимания теории относительности Эйнштейна я бы объяснил неспециалисту (по моим типичным предубеждениям) так:

Представьте, что вы с друзьями сидите в классе; каждый в значительной степени одинок, занимаясь своим делом. И вдруг вас поразило: хорошая идея, или бумажный шарик, или, например, то, что вы увидели что-то захватывающее.

Затем, через некоторое время (возможно, очень короткое время) вы впервые замечаете, что какой-то друг, наблюдавший за вами, впервые заметил, что вас ударили. (Вы улыбаетесь, просто думая об этом. ;)

Вот откуда ты знаешь

• что ваш друг получил от вас световой сигнал, и

• что вы обменялись легким пинг-сигналом со своим другом.

Примерно это имел в виду Эйнштейн, когда писал о « свете »; и, для всех практических целей, Максвелл и Фейнман тоже.

Если вы согласны с тем, что нас окружает то, что называется «электромагнитным полем», то свет — это колебание в этом поле, которое распространяется в направлении, перпендикулярном этим колебаниям (со скоростью света).

Свет проявляет характеристики как волн, так и частиц (потому что эксперименты научили нас этому :), поэтому его можно назвать лучом света или потоком\потоком фотонов.

Среди характеристик света — частота упомянутых колебаний. Мы воспринимаем их как разные цвета, видимые нашим глазам.

Самое важное, что нужно понять, это то, что свет — это не просто частица или волна, а механизм, обладающий характеристиками того и другого. Фотоны измеряются не так, как атомы и субатомные частицы, в которых они единичны и похожи на точки, а измеряются как частоты волн, которые принимают только определенное количество энергии, прямо пропорциональное частоте фотона, подобно тому, как вы можете наполняйте галлоновый кувшин только до тех пор, пока он больше не сможет заполнить его объем. Однако эта аналогия немного хитрая, поскольку кувшин галлона ДОЛЖЕН быть заполнен, и чем больше кувшин, тем выше частота. Если фотон не может быть заполнен, то энергия просто передается фотонам с меньшими частотами, которые могут принять энергию.

Именно так предсказывал Эйнштейн. Эти фотоны постоянно движутся со скоростью света, поэтому они никогда не находятся в состоянии покоя. Отсюда причина, по которой мы говорим, что свет не имеет «массы покоя». Физика не сосредотачивается на внутренней работе света, но больше фокусируется на фактических характеристиках, в которых мы наблюдаем его в нашей повседневной Вселенной, таких как наблюдение квантового туннелирования, запутывания, суперпозиции и известных экспериментов, таких как эксперимент Штерна-Герлаха или Кот Шрёингера. Ни один из них не объясняет, ПОЧЕМУ свет ведет себя именно так, а просто описывает, как он ведет себя, и, наблюдая за этим поведением, мы можем вывести скорость изменений в системе и выяснить, что заставляет систему вести себя так, как она есть. Да, здесь большое количество фотонов с сильными электромагнитными свойствами, но чем это вызвано?), например, вывод электромагнитных волн из уравнений Максвелла. По сути, это доказательства того, что да, это то, что происходит в системе.

Что такое свет? Это частицы, не так ли? Или это волны?"

Мы никогда не можем знать, что что-то есть на самом деле. Ваш друг наверняка знает свет по опыту. Он может не знать некоторых необычных явлений, открытых людьми, таких как полное отражение, дифракция, постоянная скорость и т. д. Вы рассказываете ему историю об этих открытиях, показываете ему картинки и то, как люди пытались их объяснить — с помощью частиц, затем волн, затем частиц. , затем волны, с вечными сюрпризами и отсутствием окончательного ответа на горизонте.

Попробуйте объяснить, как свет представляет собой группу фотонов. Объясните, что фотоны — это, по сути, частицы, но они настолько малы, что действуют подобно волнам. Если они спросят больше, отправьте их к статье в Википедии о фотонах. Это довольно информативно