Innhold
Spørsmålet om hvordan lys reiser gjennom rommet er et av fysikkens flerårige mysterier. I moderne forklaringer er det et bølgefenomen som ikke trenger et medium for å formere seg. I følge kvanteteori oppfører den seg også som en samling av partikler under visse omstendigheter. For de fleste makroskopiske formål kan imidlertid atferden beskrives ved å behandle den som en bølge og anvende prinsippene fra bølgemekanikken for å beskrive dens bevegelse.
Elektromagnetiske vibrasjoner
På midten av 1800-tallet slo den skotske fysikeren James Clerk Maxwell fast at lys er en form for elektromagnetisk energi som beveger seg i bølger. Spørsmålet om hvordan det klarer å gjøre det i mangel av et medium, forklares av arten av elektromagnetiske vibrasjoner. Når en ladd partikkel vibrerer, produserer den en elektrisk vibrasjon som automatisk induserer en magnetisk en - fysikere visualiserer ofte disse vibrasjonene som oppstår i vinkelrett plan. De sammenkoblede svingningene forplanter seg utover fra kilden; ikke noe medium, bortsett fra det elektromagnetiske feltet som gjennomsyrer universet, er nødvendig for å lede dem.
En lysstråle
Når en elektromagnetisk kilde genererer lys, beveger lyset seg utover som en serie konsentriske kuler fordelt i samsvar med vibrasjon fra kilden. Lys tar alltid den korteste veien mellom en kilde og destinasjon. En linje trukket fra kilden til destinasjonen, vinkelrett på bølgefrontene, kalles en stråle. Langt fra kilden degenererer sfæriske bølgefronter til en serie med parallelle linjer som beveger seg i stråleretningen. Avstanden deres definerer lysets bølgelengde, og antallet slike linjer som passerer et gitt punkt i en gitt tidsenhet, definerer frekvensen.
Lysets hastighet
Frekvensen som en lyskilde vibrerer med, bestemmer frekvensen - og bølgelengden - for den resulterende strålingen. Dette påvirker direkte energien til bølgepakken - eller bølgen av bølger som beveger seg som en enhet - i henhold til et forhold som ble opprettet av fysiker Max Planck på begynnelsen av 1900-tallet. Hvis lyset er synlig, bestemmer frekvensen av vibrasjoner fargen. Lysets hastighet påvirkes imidlertid ikke av vibrasjonsfrekvens. I et vakuum er det alltid 299,792 kilometer per sekund (186, 282 miles per sekund), en verdi betegnet med bokstaven "c." I følge Einsteins relativitetsteori reiser ingenting i universet raskere enn dette.
Brytning og regnbuer
Lyset beveger seg saktere i et medium enn det gjør i et vakuum, og hastigheten er proporsjonal med tettheten til mediet. Denne hastighetsvariasjonen får lyset til å bøye seg ved grensesnittet til to medier - et fenomen som kalles brytning. Vinkelen som den bøyer seg avhenger av tettheten til de to mediene og bølgelengden til det innfallende lyset. Når lys på et transparent medium er sammensatt av bølgefronter med forskjellige bølgelengder, bøyes hver bølgefront i en annen vinkel, og resultatet er en regnbue.