Afdrukken

Licht is een intrigerend fenomeen, zowel spiritueel als wetenschappelijk. Het vormt ons bestaan. Zonder licht is het leven niet mogelijk.
Newton beschreef als eerste de natuur vanuit wiskundige begrippen. De differentiaal- en integraalberekeningen zoals die op de middelbare school worden onderwezen zijn van hem afkomstig. Hiermee legde hij de basis voor ons huidige wetenschappelijke manier van denken. De techniek en luxe die wij momenteel bezitten is hier een voortvloeisel van, hebben we aan hem te danken. Hoewel hijzelf weer op schouders van reuzen stond, zoals hij dat uitdrukte.

Licht bestond voor Newton uit deeltjes. Hij verklaarde hiermee het rechtdoor gaan van licht en de daardoor optredende schaduwvorming. Christiaan Huygens beweerde dat licht uit golven bestaat. Hij wees op eigenschappen als buiging en interferentie van licht. Buiging treedt op bij kleine voorwerpen of openingen. Het licht maakt een soort van bocht en buigt om het voorwerp heen. Interferentie is het samenkomen van verschillende golven, waarbij versterking en uitdoving optreden.
Einstein verklaarde zijn foto-elektrisch effect door er vanuit te gaan dat licht uit energiepakketjes bestaat, genaamd fotonen. Deze fotonen gedragen zich op hun beurt weer als deeltjes.
Zowel Newton als Huygens bleken gelijk te hebben. Men vatte dat begin 20e  eeuw samen door te concluderen dat licht zich soms als een golf gedraagt en soms als een deeltje. Het is het één of het ander. Dit wordt de dualiteit van licht genoemd. Overigens, een halve eeuw later formuleerde de quantummechanica licht als het hebben van golf- en deeltjeseigenschappen tegelijkertijd.

Analyseren we verder wat licht is, dan zien we dat het bestaat uit twee componenten, een elektrische en een magnetische. Licht plant zich voort met de lichtsnelheid, deze is zo’n 300.000 km/s. Daarbij plant zich in een tweedimensionaal vlak een magnetische golf voort, en loodrecht daarop in een tweedimensionaal vlak een elektrische golf.    
Zie tekening hieronder.  

                               Licht
         
Magnetische en elektrische golven van licht

Om die reden wordt licht een elektromagnetische golf genoemd. Overigens zijn er veel meer soorten elektromagnetische golven, zoals radiogolven, microgolven, infrarood licht, ultraviolet licht, gammastraling en röntgenstraling. Hun overeenkomst is dat ze zich allemaal voortplanten met lichtsnelheid, hun verschil is hun golflengte en daardoor hun frequentie. 

Wanneer je dit model van licht beschouwt, bestaande uit een elektrische en een magnetische component die loodrecht op elkaar staan, kun je experimenten doen om één richting tegen te houden. Dit kun je doen door er een filter tussen te zetten dat de golven maar in één richting doorlaat. Wat je dan krijgt is gepolariseerd licht. De uitvinder hiervan was E.H. Land in 1938. Onder andere de polaroidbril is hierop gebaseerd. Het licht wordt in één richting tegengehouden (en vervolgens gereflecteerd), zodat de intensiteit van het licht dat op het oog valt ongeveer gehalveerd wordt. 

                    gepolariseerd licht
      Licht dat in één richting gefilterd wordt: gepolariseerd licht
                                
Je kunt verder experimenteren, bijvoorbeeld met twee filters achter elkaar. Het eerste filter heet dan de polarisator, het tweede de analysator. Wanneer je de polarisatierichtingen loodrecht op elkaar zet, zal er geen licht doorheen vallen. Dat spreekt voor zich. De horizontale en de verticale componenten worden voor 100 % weggefilterd. Wanneer je de analysator daarna een bepaalde richting opdraait, zal er geleidelijk steeds meer licht doorheen vallen. Zie de opstelling hieronder. Het licht komt van links, gaat door de polarisator, daarna door de vloeistof die we onderzoeken, vervolgens door de draaibare analysator en als laatste op een detector (in de tekening ons oog, in de praktijk een lichtsensor aangesloten op de computer).

         Licht met twee filters
       Gepolariseerd licht dat op een vloeistof valt en daarna op een analysator

Het  blijkt dat de meeste vloeistoffen het licht op een bepaalde manier filteren. Dat is afhankelijk van hun molecuulstructuur. De mate van filtering kunnen we met bovenstaande opstelling meten. We draaien de analysator dusdanig dat het doorgelaten licht maximaal is. Dit zien we op onze computer die aangesloten is op de lichtsensor. De hoek waarover we draaien kunnen we met een gradenboog meten, de draairichting kunnen we zien. Bij sommige vloeistoffen moet je de analysator naar rechts draaien (met de klok mee) voor een maximale lichtdoorlating. Zo'n vloeistof noemen we rechtsdraaiend. Andere vloeistoffen zijn linksdraaiend, je moet dan de analysator naar links draaien (tegen de klok in) voor een maximale lichtdoorlating.

Bij ons op Radboud zetten we bij de eerstejaars natuurkundestudenten een suikeroplossing tussen de polarisator en de analysator en meten wanneer er bij welke draaiing van de polarisator maximaal licht doorheen valt. Je kunt dat met elke gewenste doorzichtige vloeistof doen. Cholesterol en fructose blijken linksdraaiend te zijn, glucose (tafelsuiker) en kamfer rechtsdraaiend. 
De quantummechanica duikt nog dieper in bepaalde eigenschappen van licht, zoals die van het impulsmoment, de verstrengeling van fotonen, de aanwezigheid van optische vortices etc. Interessante materie waarin nog heel wat te ontdekken valt.