Als lchtontwerper ben je een beetje God. Op sommge begrafenssen regent het, op andere schjnt de zon. Dat 'een beetje God zjn' vnd k plezant. Je ontwerpt een geheel, een soort cyclus zoals de zon er ook één heeft. En de mensen... de gaan hun gang. Jan Versweyveld
P e t V a n D u p p e n Wat s lcht? Een fenomeen dat we broodnodg hebben, waarmee we vertrouwd zjn, dat we graag opzoeken, dat we soms vermjden, dat onze geesten 'verlcht', waarmee we 80% van al onze nformate opnemen, maar dat we zo slecht kennen. Wat s lcht? Een gespleten persoonljkhed? Lcht s een golf. Lcht beweegt zch voort zoals de golven op de zee, het gelud n de lucht, de trllngen op een snaar. Lcht s een deeltje. Lcht bestaat ut een stroom van deeltjes, fotonen genaamd, de zch gedragen als knkkers op een knkkerbaan. Met ons gezond verstand kunnen we er net bj dat ets zowel een golf als een deeltje kan zjn en vele natuurkundgen en flosofen hebben, snds het ontstaan van de kwantummechanca de het duaal karakter ntroduceerde n het begn van de vorge eeuw, getracht dt ut te pluzen. Op dt ogenblk kunnen we stellen dat noch het golfkarakter noch het deeltjeskarakter op zch afdoende zjn om het geobserveerde te verklaren. We gaan her net alle ngeneuze en soms bloedmooe expermenten beschrjven de het duaal karakter van lcht aantonen, maar we hebben het gegeven wel nodg om verder te speuren naar het hoe en waarom van lcht. Een hstorsche noot of deze deeltjes zch nu van het voorwerp naar het oog verplaatsten of omgekeerd. Deze kenns over het lcht bleef zowat constant tot n de 7de eeuw. In de loop van de eeuw, waarn verschllende utmuntende ambachtslu allerle optsche nstrumenten ontwkkelden (brllen, telescopen, mcroscopen), ontstond een depe tweespalt n de beschrjvng van lcht. Isaac Newton held vast aan de deeltjesstroom, reeds geponeerd door de Greken, en kon hermee zaken zoals spegelng, brekng en zelfs het opspltsen van wt zonlcht n verschllende kleuren door een prsma verklaren. 'Zjn lchtstralen net zeer klene lchamen de utgestuurd worden door schjnende voorwerpen? (Isaac Newton). Chrstaan Huygens daarentegen ontwkkelde een theore de volledg gebaseerd was op het lcht als golf en de een prma verklarng opleverde voor de vele waarnemngen. In de tweede helft van de 9de eeuw kwam James Clark Maxwell met een verrassend eenvoudge beschrjvng waarn hj n ver wskundge vergeljkngen de ganse theore van elektrctet en magnetsme samenbracht en onmddelljk het bestaan van elektromagnetsche golven voorspelde: lcht s een elektromagnetsche golf Dt gaf de aanhangers van de golventheore een enorme voorsprong op de deeltjesfanaten, maar hun tromf was van vraag moest Max Planck naar de fundamenten van een heet stralend voorwerp gaan; hj was trouwens btter weng geïnteresseerd n het technologsch aspect van de vraag. Hj presenteerde het verrassende beeld dat een gloedraad opgebouwd s ut onoogljk klene, trllende deeltjes - oscllatoren - de va het lcht welbepaalde pakketjes energe kunnen opnemen of afgeven. Deze revolutonare denkpste werd door Ensten verder utgewerkt; hj stelde dat het lcht zelf ut fotonen bestaat de elk een pakketje energe vervoeren. Deze en andere bevndngen de de geboorte van de kwantummechanca nledden, legden de 'waarhed' terug n het kamp van de deeltjes. 'Vjftgjaar van zorgvuldg broeden hebben me geen stap dchter gebracht bj het antwoord op de vraag "Wat zjn lchtkwanta?" Tegenwoordg denkt elke Tom, Dck en Harry dat ze het weten, maar ze weten het net.' (Albert Ensten). Nu nemen we aan dat het duaal karakter van lcht een natuurljk gegeven s. Afhankeljk van de maner waarop we naar lcht 'kjken', toont het zch als golf of als deeltje. Een golfverschjnsel Lcht s een elektromagnetsche golf de zch door de rumte beweegt, ook door de lege rumte. Het fet dat de rumte leeg kan - net moet - Zoals elke golf verplaatst lcht energe. Archeologsch onderzoek toont aan dat de oude Assyrërs reeds zo'n zesduzend jaar geleden over lenzen beschkten en dus egenljk met lcht expermenteerden. Ut nets bljkt dat ze de werkng ervan begrepen maar de lenzen werden wel als vergrootglas gebrukt. De Greken maakten spegels en hadden ook lenzen waarmee ze optsche waarnemngen verrchtten. Herut concludeerden zj dat het lcht zch korte duur. Nog geen vjftg jaar later werd alles door elkaar geschud. Toeval wou dat de Dutse gloelampenndustre n het begn van de 20ste eeuw een 'technologsch' probleem voorlegde aan Max Planck. Het was genoegzaam bekend dat een verwarmde gloedraad lcht utstraalt. Een groot deel van de energe de n de gloedraad afgegeven wordt, wordt echter omgezet n warmte en net n zchtbaar lcht. Vandaar de vraag hoe men gloedraden rechtljng voortplantte als een stroom van mnuscule deeltjes. Het bleef echter een raadsel kon maken de meer lcht en mnder warmte zouden utstralen. Voor een antwoord op deze zjn, maakt de lchtgolven zeer bjzonder n vergeljkng met andere golfverschjnselen. Maar voor we deper ngaan op het begrp elektromagnetsche golf, beschrjven we eerst een golf n het algemeen. Aan de hand van enkele voor ons meest 'zchtbare' golffenomenen ntroduceren we dre begrppen. De meest bekende golven zjn de golven de op het water ontstaan wanneer we er een steen ngooen of als er een wnd over het oppervlak waat, de golven de over de snaar van een e t c e t e r a 78 Q t >
gtaar of langs een gespannen koord lopen of de geludsgolven de zch door de lucht bewegen als we onze stem verheffen. Al deze zogenaamde mechansche golven hebben hetzelfde nodg om te bestaan: - ze hebben een medum nodg om zch n of op voort te bewegen: de zeegolven het wateroppervlak, de gtaargolven een snaar, de geludsgolven lucht of een gas; - ze worden veroorzaakt door een storng de het medum op een bepaalde plaats ut zjn evenwcht brengt; de steen vervormt het wateroppervlak op de plaats waar hj n het water terechtkomt; met zjn vnger brengt de gtarst de snaar ut zjn evenwcht alvorens ze los te laten; onze stembanden of het membraan van een ludspreker laten de lucht trllen: - ten slotte moet er een wsselwerkng zjn de de storng tracht ongedaan te maken. De krachten tussen de watermoleculen, of tussen de moleculen van de snaar de haar veerkracht geven en de botsngen tussen de luchtmoleculen zorgen ervoor dat de storng zch verplaatst. Als we met onze vnger n een blok kle duwen en hem vervolgens snel terugtrekken, bljft er een moo putje over. De storng, het putje, verplaatst zch net want er s geen acte de deze storng ongedaan maakt. Doen we hetzelfde met een wateroppervlak, dan ontstaat er een golf op het oppervlak. Wat wordt er bj golven verplaatst? Wanneer we een steen n een vjver gooen en de golven n het oog houden dan ljkt het wel of ze water vervoeren. Maar dt s schjn. Wanneer de golf voorbjkomt wordt het water wel heen en weer en op en neer geslngerd, maar utendeljk wanneer de golf voorbj s - s er geen watertransport. Een herfstblad dat op de vjver lgt zal net van plaats veranderd zjn nadat een golf voorbj gekomen s. Een golf verplaatst geen matere van het medum. Wat er wel getransporteerd wordt s energe. Denken we even aan de volgende stuate. Een kurken stop drjft op een rustge waterplas. We gooen een steen n het water waardoor er een golf ontstaat de zch naar de oever verplaatst. Als de 2 e t c e t e r a 78 golf voorbj de stop komt, zal de stop omhoog gaan. Met andere woorden: de stop heeft energe gekregen van de watergolf, want het opheffen van een massa kost energe. Als de golf voorbj s, zal de kurk zjn oorspronkeljke plaats op het kalme wateroppervlak nnemen. Hj s de gekregen energe terug kwjt en de golf loopt gewoon door. Cee s lambda maal nu In essente kunnen golven volledg beschreven worden door hun snelhed waarmee ze zch door het medum voortplanten, hun golflengte en hun frequente. We geven n de natuurkunde de volgende symbolen aan deze grootheden: c voor de golfsnelhed, A. voor de golflengte en v voor de frequente. Elke golf heeft zjn karaktersteke snelhed de voornameljk van de egenschappen van het medum afhangt en de n meter per seconde [m/s] of klometer per uur [km/h] utgedrukt wordt. Goed om weten: 00 km/h s ongeveer 28 m/s. Geludsgolven gaan door de lucht met een snelhed van ongeveer 300 m/s; golven op een waterplas hebben een snelhed van om en bj m/s. De golflengte s de afstand tussen de twee opeenvolgende plaatsen waar de storng maxmaal s en wordt n meter [m] utgedrukt. Voor een watergolf betekent dt de afstand tussen twee opeenvolgende golftoppen. De frequen- te s het aantal toppen dat per seconde op één plaats voorbjkomt en wordt n Hertz [Hz] ( Hz s één per seconde) utgedrukt. Als we bjvoorbeeld een kurk op het wateroppervlak leggen waarover zch een golf beweegt, dan moeten we eenvoudgweg tellen hoeveel keer de stop per seconde op en neer gaat. Tussen de snelhed van een golf, zjn golflengte en zjn frequente bestaat er een vast verband, nameljk: de snelhed van elke golf s geljk aan de golflengte maal de frequente [c = X x v]. In al zjn eenvoudge schoonhed drukt deze formule een fundamenteel verband ut tussen de dre bassegenschappen van alle golven en dus ook voor lchtgolven. De frequente en de golflengte van elke golf hebben een vaste verhoudng en zjn bjgevolg equvalent. De frequente bepaalt bjvoorbeeld bj geludsgolven de toon van een muzeknoot. De frequente van een la s 440 Hz (440 wsselngen per seconde); de frequente van een do s ongeveer 264 Hz. Merk op dat een la zch met dezelfde snelhed door de lucht voortplant als een do. Als dat net zo was, dan zou een daloog totaal anders klnken afhankeljk van hoe ver we ons van elkaar bevnden. Het zou een ware kakofone worden. Het zjn de golflengte en de frequente de bj een andere toon veranderen, net de snelhed. Voor een do s de golflengte 30 cm, voor een la 78 cm. Hoge tonen hebben dus grote frequentes en klene golflengtes terwjl dt bj lage tonen net omgekeerd s. De golflengte de een muzeknstrument kan produceren wordt bepaald door de afmetngen van het nstrument. Een grote flut zal dus voornameljk lage 'bas'tonen weergeven (lange golflengte) terwjl een klen flutje hoge tonen weergeeft (korte golflengte). Aan de afmetngen van een muzeknstrument kan je dus onmddelljk zen of het lage dan wel hoge tonen zal produceren. Elektromagnetsche golven 'Er bestaan elektromagnetsche golven de zch gedragen als golven op een wateroppervlak.' Mchael Faraday n 832 n een bref aan de Engelse Royal Socety. Het s dus pas een goede 50 jaar geleden dat we endeljk beseften welk soort golf lcht s. Lcht s een elektromagnetsche golf. Hoe moeten we ons dat voorstellen? Wanneer een lchtgolf zch door de rumte beweegt, ontstaan en verdwjnen er elektrsche en magnetsche velden op het rtme van de golf. Dt zjn de storngen de zch door de rumte voortbewegen. Het effect van magnetsche velden kennen we msschen het best van de plakmagneetjes op de deur van de koelkast. Elektrsche velden zjn mnder bekend, maar de ballon de aan onze hand bljft plakken als we hem op een droge wnterdag eerst tegen onze tru wrjven, s een gevolg van de krachten de opgewekt worden door de elektrsche velden tussen de ladngen op de ballon en de ladngen op onze hand. Bede fenomenen hebben dezelfde oorsprong. Mchael Faraday toonde aan dat elektrsche velden de n de tjd veranderen - bjvoorbeeld groter of klener worden - magnetsche velden opwekken en omgekeerd. In de tjd veranderende elektrsche of magnetsche velden nduceren elkaar. Er bestaat een voortdurende wsselwerkng tussen de twee. Het concept 'elektrsch en magnetsch
veld' s een gedachtespnsel. We stellen ze voor met een pjltje dat aangeeft n welke rchtng het veld wjst. Een lchtgolf kunnen we dus voorstellen als een sere opeenvolgende pjlen de groter en klener worden (fguur ). Her houdt echter de vergeljkng met de andere golffenomenen op. Lcht vertoont belangrjke verschllen met de golven op het wateroppervlak. Ten eerste bljkt dat lcht GEEN medum nodg heeft om zch n voort te planten. Het verplaatst zch zelfs door de lege rumte. Dt fet heeft n het verleden hoog oplopende dscusses opgeleverd. Velen dachten dat lcht zch voortplantte n de 'ether'. Sommgen zeggen trouwens nog steeds dat 'de rado n de ether s' want radogolven zjn n wezen net verschllend van lchtgolven. Lcht plant zch voort met een constante golfsnelhed van 299.792.458 m/s oftewel.079.252.849 km/h. Maar nu komt er een probleem: ten opzchte van wat s deze snelhed gedefneerd? Als men de snelhed van de golven op een vjver zou meten van op de kant (dus n stlstand ten opzchte van het water) of op het moment dat men zelf met een bootje tegen de golven nvaart, dan bekomen we een verschllend resultaat. In het tweede geval s de gemeten snelhed groter. De snelhed van de golven op het wateroppervlak s bepaald ten opzchte van het stlstaand water. Maar daar lcht geen medum nodg heeft waarn het zch kan voortplanten, s zjn snelhed altjd en overal dezelfde, of we ons nu bewegen of net. Aartsmoeljke precse-expermenten hebben dt nderdaad kunnen aantonen: de snelhed van het lcht ten opzchte van eender welke waarnemer s altjd dezelfde. Dt gegeven lgt onder andere aan de bass van de relatvtetstheore van Albert Ensten met al zjn schjnbaar vreemde consequentes zoals bewegende klokken de trager tkken. De lchtsnelhed s bovenden de grootste snelhed de kan berekt worden. Dt betekent ook dat geen enkele communcate sneller kan gaan dan de snelhed van het lcht. We kjken telkens n het verleden. Als we een toneelstuk bekjken van op 20 meter afstand, dan s wat we zen reeds een 67.000ste van een mljoenste seconde geleden gebeurd. Dt ljkt klen en verwaarloosbaar maar heeft belangrjke gevolgen nden zeer snelle fenomenen bekeken worden. Als we 's avonds naar de sterrenhemel kjken, kjken we zeer ver terug n de tjd. Het lcht dat ons berekt s soms mljoenen jaren onderweg geweest alvorens ons te bereken en wat we zen gebeurde dus evenzoveel jaar geleden. Een onoogljk klen stukje van het spectrum Dkwjls staan we verstomd over de rjkdom en varate aan kleuren de we om ons heen aantreffen. De kleuren van het zchtbare lcht worden bepaald door de golflengte (of de frequente) van de lchtgolf (fguur 2). Zo heeft een rode kleur een golflengte van om en bj het 650.000.000ste van een mllmeter of 650 nanometer, terwjl de golflengte voor blauw lcht rond de 470 nanometer lgt. De bjhorende frequentes zjn van de orde van 500 trljoen trllngen per seconde: dt s een 5 met 4 nullen erachter. Dt wl zeggen dat het pjltje van het elektrsch veld zo'n 500 trljoen keer per seconde op en neer gaat. De note 'kleur' de we geven aan het lcht dat we met onze ogen zen, s een nterpretate van onze hersenen. Het lcht dat we observeren s meestal samengesteld ut verschllende elektromagnetsche golven de alle verschllende frequentes of kleuren hebben. TV-montoren gebruken bjvoorbeeld dre zogenaamde prmare kleuren (rood, groen en blauw) om zowat alle andere kleuren samen te stellen. Maar het lcht - en bjvoorbeeld de gele kleur de we zen wanneer we naar het scherm kjken - s het gevolg van een golf samengesteld ut verschllende frequentes. Onze hersenen nterpreteren dt lcht als geel. We moeten een ondersched maken tussen de kleur van het lcht (n de fyssche betekens) en de kleur de we met onze ogen 'denken' te zen (fysologsche betekens). Als we met een gele lchtstraal op een wt blad schjnen of met een rode en een groene lchtstraal op dezelfde plaats op een wt blad schjnen, dan zullen we n bede stuates het weerkaatste lcht als geel 'zen'. Sturen we de gele lchtstraal door een prsma dan zen we na doorgang een dunne gele ljn. Sturen we de twee lchtstralen - rood en groen - op dezelfde plaats door een prsma, dan geeft dt een rode en een groene ljn, geen gele ljn. De meeste kleuren de we zen, zjn een gevolg van een samenstellng van een heleboel verschllende golflengtes; wt lcht bevat zowat al de kleuren van de regenboog (denk aan het prsma van Newton dat het zonlcht opspltst n verschllende kleuren). Er zjn echter een paar utzonderngen. Zo bestaat het lcht van natrumlampen - de geelachtge lampen de gebrukt worden voor de straatverlchtng - ut slechts twee frequentes de bede de typsch gele kleur geven. Als we laserlcht door een prsma sturen, zen we één dun ljntje. Onze ogen zjn gevoelg voor elektromagnetsche stralng tussen 400 (naar het volet) en 700 (naar het nfrarood) nanometer. Dt gebed s slechts een petluttg onderdeel van het globale elektromagnetsch spectrum. Als de frequente verder afneemt, komen we n het nfrarode deel van het spectrum. Deze elektromagnetsche golven, waar onze ogen net gevoelg voor zjn, zorgen voor de warmteoverdracht. Zo kan men met een nfraroodgevoelge camera - de vraagt n essente enkel een fotografsche flm de gevoelg s voor nfrarode stralng - de warmtelekken van een hus n kaart brengen. Zakken we nog verder af n frequente dan komen we n het gebed van de gsm-, tv- en radogolven. Ook de mcrogolven de gebrukt worden n mcrogolfovens horen tot deze klasse. Vaak horen we op de rado dat u één of andere zender kunt belusteren op 'achtentachtg punt nul'. Wat men bedoelt s dat de elektromagnetsche golf waarmee deze zender utzendt een frequente van 88.0 megahertz of 88.0 mljoen trllngen per seconde heeft. De bjhorende golflengte van de elektromagnetsche golf de deze e t c e t e r a 78 Q t > 3
Wavelength (n bllonths of a meter) 700 600 500 400 Vsble spectrum o 8 o 7 o 6 o 5 o 4 o 3 o 2 o Wavelength (m) o- o- 2 o~3 o- 4 o- 5 0 ^ o-70-9 0 2 3 4 5,,,, X rays Gamma rays Long waves Rado waves Infrared I Ultravolet n I I I I TI I r I t I I I I I I I 0 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 IO 7 0 s 0 9 I O 0 IO 0 2 I O 3 0 4 0 5 0 6 IO 7 0 8 0 9 0 2 I O 2 0 2 2 0 2 3 I O 2 4 Frequency (Hz) 6 Fguur 2 Het elektromagnetsch spectrum en het kleurenpalet van het zchtbare lcht ern. zender de 'ether' nstuurt s zo'n dre meter lang (299.792.458 gedeeld door 88.000.000 s ongeveer 3). Om deze golf te ontvangen hebben we een antenne nodg zodat het elektrsch veld van de radogolf de ladngen n de antenne op het rtme van de frequente laat bewegen. Ut deze bewegng worden de geluden gepuurd en naar de ludsprekers gestuurd. Zoals de afmetngen van een muzeknstrument aangepast zjn aan de tonen de het moet produceren, moeten we de lengte van de antenne aanpassen aan de golflengte van de radogolf. Om een radopost goed te ontvangen moet de antenne volledge cyclus van vraag 'En, Maro, hoe s de stuate ter plaatse?' en antwoord 'Ja, Sgrd, zoals je zet s de waterellende nog net ten ende' een tjd nodg heeft van om en bj de halve seconde. Hetzelfde effect van de endghed van de lchtsnelhed ondervnden we als we ntercontnentale telefoongesprekken va een satellet voeren. Wanneer we, terug vertrekkende van het zchtbare deel van het elektromagnetsch spectrum, naar grotere frequentes gaan, dan vnden we de ultravoletstralng (verantwoordeljk voor het verbranden van onze hud als we te lang zonnebaden), de x-stralen (welbekend van de Lcht s een stroom van fotonen de elk pakketje enerqe m e t zch m e e dra»? Ksttr een verde van de golflengte meten. Radogolven zjn dus n wezen net verschllend van het lcht. Het zjn ook elektromagnetsche golven de enkel verschllen n frequente (of golflengte) en de dezelfde snelhed hebben als het zchtbare lcht. Als we va satelleten communceren ondervnden we aan den ljve dat de lchtsnelhed heel groot maar net onendg groot s. Een gesprek op het tv-journaal tussen de neuwslezer en een correspondent ter plaatse, de een of andere overstromng n de Ardennen verslaat, verloopt va een satellet. Een elektromagnetsche golf vertrekt vanut de studo n Brussel naar een satellet de op zo'n 36.000 klometer hoogte hangt, wordt weerkaatst naar de correspondent ter plaatse en terug. Dt betekent dat de 4 e t c e t e r a 78 röntgenfoto's) en de gammastralen (de vrjkomen bj radoacteve stralng). Al deze elektromagnetsche golven zjn essenteel dezelfde als het zchtbare lcht. Ze verschllen enkel n golflengte - en dus frequente - maar net n aard en ze planten zch alle voort met de lchtsnelhed. Lcht van een andere kleur, groen n de plaats van rood, s dus n wezen hetzelfde als radogolven van verschllende zenders, Rado n de plaats van Studo Brussel. Het elektromagnetsch spectrum heeft een bjzonder groot berek en daar maken mens en natuur gretg gebruk van. Lcht s een stroom van fotonen Tot hertoe hebben we nog nets gezegd over het ontstaan of het verdwjnen van lcht. Hervoor moeten we afstappen van het golfkarakter, het roer omslaan en het deeltjeskarakter van het lcht bekjken. Een gloedraad stuurt lcht ut omdat zjn energe n zchtbaar lcht omgezet wordt. Lcht verplaatst dus, zoals elke golf, energe en het proces vertegenwoordgt een omzettng van de ene vorm van energe naar een andere. Wat bljkt nu? Deze energeomzettng s net contnu maar gekwantseerd. Het lcht bestaat ut een heleboel lchtkwanta - fotonen genaamd- de elk een welbepaalde hoeveelhed energe beztten. Om dt beter te begrjpen moeten we even stlstaan bj de atomen en moleculen waarut al de matere bestaat. Alle matere s opgebouwd ut atomen: mnuscule entteten bestaande ut een harde pt, opgebouwd ut protonen en neutronen, waarrond op bepaalde banen elektronen vlegen. Het s de aantrekkngskracht tussen de postef elektrsch geladen protonen en negatef geladen elektronen de voor de bndng tussen de harde pt en de elektronen zorgt. De banen van de elektronen lggen vast en elke baan komt overeen met een bepaalde energe. We durven dt wel eens vergeljken met de bewegng van de planeten rond de zon of met een balletje dat vastgemaakt s aan een elastek en dat we laten ronddraaen. Als we het balletje een grotere snelhed geven, zal het een crkel beschrjven de zch wat verder van onze hand bevndt: het volgt een andere baan. Wanneer we een stof opwarmen, zullen de butenste elektronen van de atomen n verder afgelegen banen gekatapulteerd worden. De elektronen kunnen net zomaar elke wllekeurge baan nemen, de banen
LUX & LUMEN Lcht kon mer begrjpen volgens het model van geometrsche stralen dat de Grekse optca al naar voren had geschoven, de rechte ljnen de door de catoptre (de wetenschap van de reflecte) of de doptre (de wetenschap van de refracte) bestudeerd worden. De perfecte ljnvorm zag men als de essente van de belchtng, of het menseljke oog de kon waarnemen of net. In deze betekens werd lcht lumen genoemd. Een alternateve betekens van lcht, als lux aangedud, benadrukte de egenljke ervarng van het menseljke zen. Kleur, schaduw en bewegng waren her even belangrjk als vorm en contouren - of nog belangrjker. In de geschedens van de schlderkunst, n de optca n het algemeen, hebben deze bede modellen altjd met elkaar geconcurreerd. Dt duale lchtbegrp vulde het duale begrp van het zen moo aan, ook al waren ze net perfect congruent. Men zou het de alternerende tradtes van speculate met het geestesoog en van observate met de twee ogen kunnen noemen. Zj vormden de vruchtbare bodem voor de vele vormen van oculocentrsme de de westerse cultuur zo depgaand hebben beïnvloed. Als we de verder utspltsen, kunnen we nog andere vormen onderscheden van de culturele voorrang van het vsuele. Speculate kan men begrjpen als de ratonele waarnemng van heldere en dstncte vormen met het ongesluerde oog van de geest, maar ook als de extatsche verdwazng door het verblndende goddeljke lcht, door het vsoen van de zener. Een metafysca van het lcht zou zo op een gevleugelde lchtmystek kunnen utdraaen. Observate zou als de net gemedeerde assmlate van stmul van butenut begrepen kunnen worden, het verval van de waarnemng n pure sensate. Maar men zou het ook kunnen zen als een complexere nteracte van sensates met de structurerende en beoordelende capactet van de geest, de de Gestaltachtge structuren aanbracht waardoor observate meer werd dan een louter passef fenomeen. En bnnen deze brede categoreën zjn er vele gedfferenteerde varanten, de alle het zen een fundamentele plaats toekennen n onze kenns van de wereld. Martn Jay, Downcast eyes, the dengraton of vson n twentetb-century French thougbt, Berkeley: UnveTsty of Calforna Press, 993. Fragment ut The Noblest ofsenses, p. 29-30. Vertalng: Dres Moreels zjn gekwantseerd. Deze banen verschllen voor de verschllende types atomen en moleculen. Elke baan komt overeen met een welbepaalde energe. De elektronen bevnden zch dus als het ware op de verschllende treden van een energeladder. Als het atoom opgewarmd wordt, zal bj voorkeur het elektron n de butenste baan naar hogere treden van de energeladder verhuzen. Zo kan het één of meerdere treden overbruggen, maar tussenlggende waarden kan het net bereken want er s geen trede beschkbaar. De natuur streeft echter steeds naar de laagste energetoestand en na een zeer korte tjd zal het elektron terug een trapje lager gaan. Als gevolg hervan s er een overschot aan energe want het elektron gaat van een hogere trede naar een lagere trede op de energeladder. Dt energeoverschot komt vrj onder de vorm van elektromagnetsche stralng, en dus ook lcht. Bj zo'n overgang van een hogere naar een lagere trede komt er één lchtfoton vrj en dt foton draagt al de vrjgekomen energe met zch mee. Deze energe komt net overeen met het energeverschl tussen de trede waarvan het elektron komt en de trede waar het naartoe gevallen s. Merk op dat nden het elektron een trapje hoger gaat, er ook één foton met een welbepaalde energe opgenomen kan worden. Bj zjn onderzoek naar effectevere gloelampen kwam Max Planck tot een eenvoudg verband tussen de energe van een foton en de frequente van de elektromagnetsche golf. de energe van een lchtkwantum s een aantal maal de frequente [E = h x v]. Herbj s 'h' eenvoudgweg een getal dat men later de constante van Planck heeft genoemd. De fotonen van het lcht dragen een grotere energe met zch mee dan nfrarode fotonen of de fotonen van radogolven. De fotonen van de x- en gammastralen hebben dan weer een grotere energe dan lchtfotonen. Vandaar dat deze laatste schadeljk kunnen zjn voor onze gezondhed. Nu we een eendudg verband hebben tussen de frequente van het lcht (het golfkarakter) en de energe-nhoud van een foton (het deeltjeskarakter), s de crkel gesloten. Een elektromagnetsche golf s dus nets anders dan een stroom van fotonen de zch aan lchtsnelhed voortbewegen. Het aantal fotonen kan groot zjn. Bjvoorbeeld: een deale lamp of een laser de enkel groen lcht utstuurt met een vermogen van een paar Watt (een typsche waarde voor een gloelamp) stuurt om en bj de mljoen trljoen (een met 8 nullen achter) lchtfotonen per secone t c e t e r a 78 Q t > 5
de ut. Dt wl ook zeggen dat er n de lamp per seconde evenzoveel elektronen op de energeladder een trapje lager sprngen en telkens een groen lchtfoton utsturen. Het aantal fotonen bepaalt de hoeveelhed lcht, de energe van het foton of de frequente bepaalt de kleur. En toen was er lcht Alles wat we kunnen zen s n wezen een bron van zchtbaar lcht. Enkel een perfect zwart voorwerp vormt herop een utzonderng want het absorbeert alle lcht. De spots op de scène vnden we vanzelfsprekend een lchtbron. De lampen zetten elektrsche energe om n lcht, de elektronen worden door thermsche bewegng de ladder opgeduwd en als ze terug naar beneden vallen zenden ze lchtfotonen ut. Deze fotonen kunnen n het zchtbare deel van het elektromagnetsche spectrum lggen en geven dan lcht, maar een deel zal n het nfrarode deel lggen en warmte geven. Het hangt af van de weg de de elektronen naar beneden volgen. Ook de flter de we voor de lampen zetten, de voorwerpen op het podum, de kleren van de acteurs,... alles s n wezen een bron van lcht. De kleur van het lcht dat een voorwerp utstuurt, hangt af van de energeladder van de atomen en moleculen van het materaal waarut het voorwerp s gemaakt. De energeladder s echter ngewkkelder dan tot hertoe gesteld, hj heeft zeer veel treden en de treden verschllen naargelang het type lcht, een samenstellng van alle kleuren, door een rode flter gestuurd wordt, dan wordt het rode lcht doorgelaten, terwjl het blauwe lcht bjvoorbeeld geabsorbeerd wordt. Dt betekent dat de energeladder van het materaal waarvan de flter gemaakt s over treden beschkt waarnaar de elektronen kunnen gaan als ze een blauw foton opnemen, maar geen treden heeft om de elektronen een rood foton te laten absorberen. Rood lcht gaat ongestoord verder, terwjl blauw lcht geabsorbeerd wordt. Zo heeft glas eenvoudgweg geen treden waarnaar de elektronen geduwd kunnen worden als ze fotonen van het zchtbare lcht absorberen en dus laat glas het zchtbare lcht door. Ultravolette stralng wordt wel tegengehouden, want op de energeladder van glas zjn er veel treden beschkbaar voor de elektronen de een ultravolet foton absorberen: achter glas lopen we mnder snel zonnebrand op. Het materaal van een fluorescerende stft neemt dan weer gemakkeljk wt lcht op, maar de weg naar beneden gebeurt voor de meeste elektronen met ongeveer dezelfde energestap wat aanledng geeft tot het typsche gele, groene of oranje lcht. Lcht heeft vele facetten waarvan we er her een paar 'utgelcht' hebben. Het deeltje-golf karakter s er één van. We zjn net bljven stlstaan bj de egenschappen van fotonen en hun rol bj de relatvtetstheore, noch bj het gebruk van lcht n het onderzoek, noch bj de vele toepas- De kleur van een voorwerp wordt bepaald door de aan of afwezghed van specfeke treden op de energeladders van de a t o m e n en moleculen van het voorwerp. atoom: een atoom van jzer heeft een totaal andere energeladder dan een atoom van lood. Tevens s de weg de een elektron naar boven volgt net altjd dezelfde als de weg naar beneden. Meteen begrjpen we dat elk type atoom of molecule ook zjn specfek kleurenpalet utstuurt. Het lcht dat op een voorwerp valt, wordt gereflecteerd of geabsorbeerd en vervolgens eventueel weer utgezonden (emsse). De verschllen hebben te maken met de verschllen n absorpte en emsse van het materaal. O m te kunnen absorberen moeten er treden op de energeladder ter beschkkng staan. Als wt l6 e t c e t e r a 78 sngen n het dagdageljk leven, noch bj de vele vragen de ons nog resten. Lcht speelt een belangrjke rol n zowat alle aspecten van het leven en de samenlevng en toch s het n wezen een eenvoudg fenomeen. Het s een verzamelng van elektromagnetsche golven met elk een bepaalde frequente en golflengte én het s een stroom van fotonen de zch aan lchtsnelhed door de rumte bewegen en de elk een bepaalde hoeveelhed energe met zch meedragen. Als we n de toekomst door een prachtg kleurenspel ontroerd worden, s het msschen de moete om her even bj stl te staan. De on 'Dat je wet een zaklantaarn de maan kunt nabootsen leek het tenjarg knd dat hj toen was, aan het magsche te reken.' Erc de Kuyper over theaterbelchtng n de jaren 950 en over de negentende-eeuwselchtspektakels van Daguerre. In de tjd speelden ze poppenspel. Een hele wnter lang werd er gebouwd en geknutseld. De meeste energe gng n de voorberedng ztten. De opvoerng zelf leek op een formaltet, ter afslutng van de voorberedng. Ook dat er zoets als een stuk dende gespeeld te worden, was bjzaak. Ze beschkten mmers slechts over dre draadpoppen: een prnses, een prns en een heks. Met deze dre personages kon je overgens een heel end geraken. (Propp heeft aangetoond dat je met deze sleutelfguren enkele fundamentele gegevens hebt van elke verhaalstructuur.) Alle aandacht en zorg gng naar de decors en meer nog naar de belchtng. Met een bureaulamp berekten ze het effect van 'volle zon' en met de blauwgroene slngerverlchtng van de kerstboomverserng toverden ze de dag om tot nacht. Dat dende met veel handghed te gescheden want over zoets als een 'dmmer' beschkten ze net. Het mooste was echter het effect dat ze verkregen met een zaklantaarn: de maan kwam op en gleed achter de takken van de bomen. Her werd dagenlang mee geoefend om de perfecte van de lluse te benaderen. Dat je met een zaklantaarn de maan kunt nabootsen leek het tenjarg knd dat hj toen was, aan het magsche te reken.