Zawartość
Pytanie o to, jak światło przemieszcza się w przestrzeni, jest jedną z odwiecznych tajemnic fizyki. We współczesnych wyjaśnieniach jest to zjawisko falowe, które nie potrzebuje medium do rozprzestrzeniania się. Zgodnie z teorią kwantową w pewnych okolicznościach zachowuje się również jako zbiór cząstek. Jednak dla większości celów makroskopowych jego zachowanie można opisać traktując go jak falę i stosując zasady mechaniki fal do opisania jego ruchu.
Wibracje elektromagnetyczne
W połowie 1800 roku szkocki fizyk James Clerk Maxwell ustalił, że światło jest formą energii elektromagnetycznej, która przemieszcza się falami. Pytanie, w jaki sposób udaje się to zrobić przy braku medium, tłumaczy się naturą wibracji elektromagnetycznych. Kiedy naładowana cząstka wibruje, wytwarza wibrację elektryczną, która automatycznie indukuje magnetyczną - fizycy często wizualizują wibracje występujące w płaszczyznach prostopadłych. Sparowane oscylacje rozprzestrzeniają się na zewnątrz od źródła; nie jest wymagane żadne medium, z wyjątkiem pola elektromagnetycznego, które przenika wszechświat, aby je przewodzić.
Promień Światła
Kiedy źródło elektromagnetyczne wytwarza światło, światło przemieszcza się na zewnątrz jako seria koncentrycznych kul rozmieszczonych zgodnie z wibracjami źródła. Światło zawsze podąża najkrótszą drogą między źródłem a celem. Linia narysowana od źródła do miejsca docelowego, prostopadła do frontów fal, nazywa się promieniem. Daleko od źródła czoła fali sferycznej degenerują się w szereg równoległych linii poruszających się w kierunku promienia. Ich odstępy określają długość fali światła, a liczba takich linii, które przechodzą przez dany punkt w danej jednostce czasu, określa częstotliwość.
Prędkość światła
Częstotliwość, z jaką wibruje źródło światła, określa częstotliwość - i długość fali - wynikowego promieniowania. Wpływa to bezpośrednio na energię pakietu fal - lub wybuch fal poruszających się jako jednostka - zgodnie z relacją ustanowioną przez fizyka Maxa Plancka na początku XX wieku. Jeśli światło jest widoczne, częstotliwość wibracji określa kolor. Jednak na częstotliwość światła nie ma wpływu częstotliwość drgań. W próżni jest to zawsze 299 792 kilometrów na sekundę (186, 282 mil na sekundę), wartość oznaczona literą „c”. Według teorii względności Einsteina nic we wszechświecie nie porusza się szybciej niż to.
Refrakcja i tęcze
Światło porusza się wolniej w ośrodku niż w próżni, a prędkość jest proporcjonalna do gęstości ośrodka. Ta zmiana prędkości powoduje zgięcie światła na styku dwóch mediów - zjawisko zwane refrakcją. Kąt, pod jakim się wygina, zależy od gęstości dwóch mediów i długości fali padającego światła. Kiedy światło padające na przezroczysty ośrodek składa się z frontów fal o różnych długościach fal, każdy front fali wygina się pod innym kątem, a wynikiem jest tęcza.