Sadržaj
Pitanje kako svjetlost putuje kroz svemir jedno je od višegodišnjih misterija fizike. U modernim objašnjenjima, to je fenomen talasa koji ne treba medij putem kojeg bi se mogao širiti. Prema kvantnoj teoriji, u određenim se okolnostima ponaša i kao skup čestica. Za većinu makroskopskih svrha, njegovo se ponašanje može opisati tretirajući ga kao val i primjenjujući principe mehanike valova da se opiše njegovo kretanje.
Elektromagnetske vibracije
Sredinom 1800-ih, škotski fizičar James Clerk Maxwell utvrdio je da je svjetlost oblik elektromagnetske energije koja putuje u valovima. Pitanje kako to uspijeva u nedostatku medija objašnjava se prirodom elektromagnetskih vibracija. Kad nabijena čestica vibrira, ona proizvodi električnu vibraciju koja automatski inducira magnetsku - fizičari često prikazuju te vibracije koje se javljaju u okomitim ravninama. Uparene oscilacije šire se prema van iz izvora; nije potreban nikakav medij, osim elektromagnetskog polja koje prožima svemir.
Zrak svjetlosti
Kad elektromagnetski izvor generira svjetlost, svjetlost putuje prema van kao niz koncentričnih sfera smještenih u skladu s vibracijama izvora. Svjetlo uvijek vodi najkraći put između izvora i odredišta. Crta povučena od izvora do odredišta, okomito na talasne fronte, naziva se zraka. Daleko od izvora, sferične valne fronte degeneriraju se u niz paralelnih linija koje se kreću u smjeru zrake. Njihov razmak definira valnu duljinu svjetlosti, a broj takvih linija koje u određenoj jedinici vremena prođu određenu točku definira frekvenciju.
Brzina svjetlosti
Frekvencija kojom izvor svjetlosti vibrira određuje frekvenciju - i valnu dužinu - rezultirajućeg zračenja. To izravno utječe na energiju valnog paketa - ili navale valova koji se kreću kao cjelina - prema odnosu koji je uspostavio fizičar Max Planck u ranim 1900-ima. Ako je svjetlost vidljiva, frekvencija vibracije određuje boju. Međutim, na brzinu svjetlosti vibracijska frekvencija ne utječe. U vakuumu je uvijek 299.792 kilometra u sekundi (186, 282 milje u sekundi), vrijednost označena slovom "c". Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, ništa u svemiru ne putuje brže od ovoga.
Refrakcija i Rainbows
Svjetlost putuje sporije u mediju nego u vakuumu, a brzina je proporcionalna gustoći medija. Ova promjena brzine uzrokuje savijanje svjetla na sučelju dva medija - fenomen koji se naziva refrakcija. Kut pod kojim se savija ovisi o gustoći dva medija i valnoj duljini upadnog svjetla. Kada se svjetlosni incident na prozirnom mediju sastoji od valnih fronta različite valne duljine, svaki se valni prednji dio savija pod različitim kutom, a rezultat je duga.