Conţinut
Întrebarea modului în care lumina călătorește prin spațiu este unul dintre misterele perene ale fizicii. În explicațiile moderne, este un fenomen val care nu are nevoie de un mediu prin care să se propage. Conform teoriei cuantice, se comportă și ca o colecție de particule în anumite circumstanțe. Cu toate acestea, pentru cele mai multe scopuri macroscopice, comportamentul său poate fi descris tratându-l ca o undă și aplicând principiile mecanicii de undă pentru a descrie mișcarea sa.
Vibrații electromagnetice
La mijlocul anilor 1800, fizicianul scoțian James Clerk Maxwell a stabilit că lumina este o formă de energie electromagnetică care călătorește în unde. Întrebarea modului în care reușește să facă acest lucru în absența unui mediu este explicată prin natura vibrațiilor electromagnetice. Când o particulă încărcată vibrează, ea produce o vibrație electrică care induce automat una magnetică - fizicienii vizualizează adesea aceste vibrații care apar în planuri perpendiculare. Oscilările împerecheate se propagă spre exterior de la sursă; niciun mediu, cu excepția câmpului electromagnetic care pătrunde în univers, nu este necesar pentru a le conduce.
O rază de lumină
Când o sursă electromagnetică generează lumină, lumina călătorește spre exterior ca o serie de sfere concentrice distanțate în conformitate cu vibrația sursei. Lumina ia întotdeauna cea mai scurtă cale între o sursă și destinație. O linie trasată de la sursă la destinație, perpendiculară pe fronturile de undă, se numește rază. Departe de sursă, fronturile de unde sferice degenerează într-o serie de linii paralele care se deplasează în direcția razei. Distanța lor definește lungimea de undă a luminii, iar numărul de astfel de linii care trec un punct dat într-o anumită unitate de timp definește frecvența.
Viteza luminii
Frecvența cu care vibrează o sursă de lumină determină frecvența - și lungimea de undă - a radiațiilor rezultate. Acest lucru afectează direct energia pachetului de unde - sau explozia de valuri care se deplasează ca unitate - potrivit unei relații stabilite de fizicianul Max Planck la începutul anilor 1900. Dacă lumina este vizibilă, frecvența vibrației determină culoarea. Viteza luminii nu este afectată de frecvența vibrațională. În vid, este întotdeauna 299.792 de kilometri pe secundă (186, 282 mile pe secundă), o valoare notată de litera „c”. Conform Teoriei Relativității, Einsteins, nimic din univers nu călătorește mai repede decât acesta.
Refracție și curcubeu
Lumina călătorește mai lent într-un mediu decât în vid, iar viteza este proporțională cu densitatea mediului. Această variație de viteză face ca lumina să se îndoaie la interfața a două medii - un fenomen numit refracție. Unghiul la care se îndoaie depinde de densitățile celor două medii și de lungimea de undă a luminii incidente. Când incidentul luminos pe un mediu transparent este compus din fronturi de undă cu lungimi de undă diferite, fiecare front de undă se îndoaie într-un unghi diferit, iar rezultatul este un curcubeu.