Otázka, jak světlo cestuje vesmírem, je jednou z trvalých tajemství fyziky. V moderních vysvětleních jde o vlnový fenomén, který k šíření nepotřebuje médium. Podle kvantové teorie se za určitých okolností chová také jako soubor částic. Pro většinu makroskopických účelů lze jeho chování popsat tak, že se s ním zachází jako s vlnou a za použití principů vlnové mechaniky k popisu jeho pohybu.
Elektromagnetické vibrace
V polovině 19. století zjistil skotský fyzik James Clerk Maxwell, že světlo je forma elektromagnetické energie, která se šíří vlnami. Otázka, jak to dokáže bez přítomnosti média, je vysvětlena povahou elektromagnetických vibrací. Když vibruje nabitá částice, produkuje elektrické vibrace, které automaticky indukují magnetické - fyzici často vizualizují tyto vibrace, které se vyskytují v kolmých rovinách. Spárované oscilace se šíří směrem ven od zdroje; k jejich vedení není zapotřebí žádné médium, kromě elektromagnetického pole, které prostupuje vesmírem.
Paprsek světla
Když elektromagnetický zdroj generuje světlo, světlo putuje ven jako řada soustředných koulí rozmístěných v souladu s vibracemi zdroje. Světlo vždy vede nejkratší cestou mezi zdrojem a cílem. Přímka vedená od zdroje k cíli, kolmá k vlnovým frontám, se nazývá paprsek. Daleko od zdroje se sférické vlnové fronty degenerují do řady paralelních linií pohybujících se ve směru paprsku. Jejich rozteč definuje vlnovou délku světla a počet takových čar, které procházejí daným bodem v dané jednotce času, definuje frekvenci.
Rychlost světla
Frekvence, s níž vibruje světelný zdroj, určuje frekvenci - a vlnovou délku - výsledného záření. To přímo ovlivňuje energii vlnového paketu - nebo výbuch vln pohybujících se jako jednotka - podle vztahu vytvořeného fyzikem Maxem Planckem na počátku 20. století. Pokud je světlo viditelné, určuje frekvenci vibrací barva. Rychlost světla není ovlivněna vibrační frekvencí. Ve vakuu je to vždy 299 792 kilometrů za sekundu (186, 282 mil za sekundu), což je hodnota označená písmeno „c.“ Podle Einsteinovy teorie relativity nic ve vesmíru necestuje rychleji než tento.
Lom a duhy
Světlo se pohybuje v médiu pomaleji než ve vakuu a rychlost je úměrná hustotě média. Tato změna rychlosti způsobí ohnutí světla na rozhraní dvou médií - jev zvaný lom světla. Úhel, pod kterým se ohýbá, závisí na hustotách obou médií a vlnové délce dopadajícího světla. Když se světlo dopadající na transparentní médium skládá z vlnových front různých vlnových délek, každá vlnová fronta se ohýbá pod jiným úhlem a výsledkem je duha.