В повседневной жизни люди называют светом только то, что способны увидеть глазами: красное пламя, голубое небо, солнечный луч на стене. Но для физики свет — понятие куда более широкое. Видимое сияние — лишь узкая полоска в огромном семействе электромагнитных волн. Радиоволны несут сигналы мобильников, Wi‑Fi и радиостанций. Инфракрасное излучение ощущается кожей как тепло. Видимый свет позволяет глазам различать мир вокруг. Ультрафиолет заставляет кожу темнеть на солнце и помогает организму вырабатывать витамин D. Рентгеновские лучи позволяют врачам заглядывать внутрь тела. А гамма-частицы несут настолько большую энергию, что могут серьёзно повредить живую ткань. И всё это — излучение одной и той же природы, только в разных обличьях.Отличаются эти волны двумя связанными характеристиками: длиной и частотой. Можешь представить обычную морскую волну. Длина волны показывает, какое расстояние отделяет один гребень от следующего, а частота — сколько таких колебаний проходит за секунду. Чем короче волна, тем выше её частота. И наоборот: длинные волны всегда связаны с более редким ритмом.
Красный цвет — это одна длина волны, синий — другая. Но цвет — лишь маленький участок общей шкалы. Там, где глаз уже бессилен, физика продолжается без перерыва. Радиоволны могут быть длиной в метры и километры, а гамма-излучение — настолько коротковолновым, что длину его волны почти невозможно представить.
При этом в пустоте весь свет, каким бы он ни был, распространяется с одной и той же скоростью — около трёхсот тысяч километров в секунду. Это одна из главных констант мира. Неважно, идёт ли речь о радиосигнале, луче фонарика или рентгеновском излучении: в вакууме все они несутся с одной и той же скоростью.
Но этим дело не исчерпывается. В одних опытах свет ведёт себя как волна, в других — словно распадается на отдельные порции, кванты. Такую порцию света физики называют фотоном. Получается странная, но реальная вещь: свет нельзя до конца назвать ни просто волной, ни просто потоком частиц. Он сочетает в себе свойства и того и другого. Это не ошибка и не поэтический образ, а одна из самых глубоких особенностей квантового мира. Физики называют это корпускулярно-волновым дуализмом.
Теперь, когда я рассказал, что понимаю под словом «свет», давай перенесёмся почти на 14 миллиардов лет назад, в момент, когда Вселенная только образовалась.
