Τι μετράται το φως;

Το φως μετράται σε πολλές μονάδες. Το μήκος κύματος του, λ, μετράται σε δύο... ngstroms και νανόμετρα. Η συχνότητά του μετράται σε Hertz. Η ενέργειά του μετριέται συνήθως σε ηλεκτρονικά βολτ (eV), καθώς οι Joules είναι πολύ μεγάλες για να είναι πρακτικές. Η κόκκινη μετατόπιση μετράται είτε σε μονάδες μικρής απόστασης (εάν μετράται η μετατόπιση στις γραμμές εκπομπών στο φασματογράφο) είτε σε μονάδες ταχύτητας, από το πόσο γρήγορα εισέρχεται το αντικείμενο.

Ένα... ngstrom (...) είναι 10 ^ -10 μέτρα. Ένα νανόμετρο (nm) είναι 10 ^ -9 μέτρα. Τα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος εκτείνονται από 10 ^ 12 nm έως 10 ^ -3 nm. Ένα νανόμετρο είναι το μήκος κύματος ενός μαλακού φωτονίου ακτίνων Χ. Η ορατή περιοχή φωτός είναι 400-750 nm. Σημειώστε ότι επειδή η ταχύτητα του φωτός είναι τόσο σταθερή όσο και προϊόν μήκους κύματος και συχνότητας, δηλαδή c = λν, τότε γνωρίζοντας το μήκος κύματος σημαίνει ότι γνωρίζετε επίσης τη συχνότητα. (Η συχνότητα αντιπροσωπεύεται συνήθως με το ελληνικό γράμμα nu.)

Η κυματική φύση του φωτός μπορεί να παρουσιαστεί αφήνοντας μονοχρωματικό (μόνο ενός μήκους κύματος) φως μέσω δύο πολύ στενών οπών (ή ισοδύναμα μέσω ενός περιβλήματος περίθλασης). Το φως από τις δύο οπές παρεμβάλλεται μεταξύ τους, δημιουργώντας ένα μοτίβο φωτεινών και σκοτεινών γραμμών σε έναν μακρινό τοίχο, αποκαλύπτοντας τον κύμα του φωτός.

Αυτό το ίδιο μοτίβο ακύρωσης και αύξησης μπορεί να φανεί στα κύματα του νερού που δημιουργούνται από δύο κοντινά bobs. Οι κορυφές ακυρώνουν τις κοιλότητες των κυμάτων, ενώ οι κορυφές ενισχύουν τις κορυφές. Από το μέτρο των προτύπων και την απόσταση μεταξύ των σχισμών, μια εξίσωση που ονομάζεται κριτήριο Rayleigh μπορεί να καθορίσει το μήκος κύματος των φωτεινών κυμάτων. Για τον υπολογισμό των υψηλότερων ενεργειών, όπως για τις ακτίνες Χ, χρησιμοποιείται περίθλαση κρυστάλλου αντί για πλέγματα. Οι ακτίνες Χ αντανακλούν ένα κρυσταλλικό πλέγμα, π.χ. NaCl, και σχηματίζουν επίσης μοτίβα παρεμβολών.

Η ενέργεια ενός φωτονίου σχετίζεται με τη συχνότητά του και - από το c = λν - με το μήκος κύματος του. Η σχέση είναι E = hν, όπου h είναι η σταθερά του Planck. Η μονάδα που χρησιμοποιείται συνήθως για την ενέργεια των φωτονίων είναι το ηλεκτρονικό βολτ (eV). Ένα ηλεκτρόνιο-βολτ είναι η αλλαγή στην κινητική ενέργεια ενός ηλεκτρονίου που κινείται από ένα μέρος όπου το δυναμικό τάσης είναι V σε ένα μέρος όπου είναι V + 1. Οι ακτίνες γάμμα έχουν ενέργεια περίπου ενός εκατομμυρίου eV. Στο αντίθετο άκρο του φάσματος, τα ραδιοκύματα έχουν ενέργεια από το ένα εκατοστό έως το δισεκατομμυριοστό του eV. Το ορατό φάσμα βρίσκεται μεταξύ περίπου 5 eV.

Η ειδική σχετικότητα υπαγορεύει ότι το φως από ένα επιταχυνόμενο αντικείμενο εξακολουθεί να φαίνεται να κινείται στην καθολική σταθερά c, ακόμη και για ένα αντικείμενο που υποχωρεί τόσο γρήγορα όσο οι γαλαξίες. Η θεωρία συνεχίζει να υπαγορεύει ότι το μήκος κύματος αλλάζει, συντομεύοντας μια αναλογία που καθορίζεται από την ταχύτητα του αντικειμένου σε σχέση με τον παρατηρητή. Η επιμήκυνση παρατηρείται στο φάσμα του υποχωρούμενου αντικειμένου. Συγκεκριμένα, οι γραμμές εκπομπής του αερίου απορρόφησης και εκπομπής φωτός του αντικειμένου μετατοπίζονται προς το άκρο του φάσματος με μεγαλύτερο μήκος κύματος. Η μετατόπιση φωτός μπορεί να μετρηθεί από τη φασματογραφία σε σχέση με την απόλυτη αλλαγή του μήκους κύματος, δηλαδή σε nm ή... Ή η φασματοσκοπική μετατόπιση μπορεί να μετατραπεί στην ταχύτητα του αντικειμένου λήψης και να μετρηθεί είτε σε χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο ή (επειδή σε γαλαξιακή κλίμακα, οι ταχύτητες είναι τόσο υψηλές) ως ποσοστό της ταχύτητας του φωτός, π.χ. 0,5c.