In cosa viene misurata la luce?

La luce è misurata in molte unità. La sua lunghezza d'onda,, è misurata sia in ...ngstrom che in nanometri. La sua frequenza è misurata in Hertz. La sua energia viene solitamente misurata in elettronvolt (eV), poiché i Joule sono troppo grandi per essere pratici. Il suo spostamento verso il rosso viene misurato in unità a breve distanza (se si misura lo spostamento nelle righe di emissione sullo spettrografo) o in unità di velocità, dalla velocità di allontanamento dell'oggetto.

Un ...ngstrom (...) è 10^-10 metri. Un nanometro (nm) è 10^-9 metri. Le lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico si estendono da 10^12 nm a 10^-3 nm. Un nanometro è la lunghezza d'onda di un fotone di raggi X molli. La gamma visibile della luce è 400-750 nm. Nota che poiché la velocità della luce è sia costante che un prodotto di lunghezza d'onda e frequenza, cioè c = λν, allora conoscere la lunghezza d'onda significa che conosci anche la frequenza. (La frequenza è solitamente rappresentata con la lettera greca nu.)

La natura ondulatoria della luce può essere esibita lasciando la luce monocromatica (di una sola lunghezza d'onda) attraverso due fori di spillo molto vicini (o equivalentemente attraverso un reticolo di diffrazione). La luce dei due fori interferisce l'una con l'altra, creando un motivo di linee chiare e scure su una parete lontana, rivelando il carattere ondulatorio della luce.

Questo stesso schema di cancellazione e aumento può essere visto nelle onde d'acqua create da due bob vicini. I picchi annullano gli avvallamenti delle onde, mentre i picchi rinforzano i picchi. Dalla misura dei pattern e della distanza tra le fenditure, un'equazione chiamata criterio di Rayleigh può determinare la lunghezza d'onda delle onde luminose. Per calcolare energie più elevate, come per i raggi X, viene utilizzata la diffrazione dei cristalli invece dei reticoli. I raggi X riflettono un reticolo cristallino, ad esempio NaCl, e formano anche schemi di interferenza.

L'energia di un fotone è correlata alla sua frequenza e, poiché c =, alla sua lunghezza d'onda. La relazione è E = hν, dove h è la costante di Planck. L'unità solitamente utilizzata per l'energia dei fotoni è l'elettronvolt (eV). Un elettronvolt è la variazione di energia cinetica di un elettrone che si sposta da un punto in cui il potenziale di tensione è V a un punto in cui è V+1. I raggi gamma hanno un'energia di circa un milione di eV. All'estremo opposto dello spettro, le onde radio hanno energia da un milionesimo a miliardesimo di eV. Lo spettro visibile è nel mezzo, a circa cinque eV.

La relatività ristretta impone che la luce di un oggetto in velocità sembra ancora viaggiare alla costante universale c, anche per un oggetto che si allontana velocemente come fanno le galassie. La teoria prosegue affermando che la lunghezza d'onda cambia, accorciando di una proporzione determinata dalla velocità dell'oggetto rispetto all'osservatore. L'allungamento è osservabile nello spettro dell'oggetto che si allontana. In particolare, le righe di emissione del gas che assorbe e che emette luce dell'oggetto si spostano verso l'estremità dello spettro a lunghezza d'onda maggiore. Lo spostamento della luce può essere misurato fuori dallo spettrografo in termini di variazione assoluta della lunghezza d'onda, cioè in nm o... Oppure lo spostamento spettroscopico può essere convertito nella velocità dell'oggetto che si allontana e misurato in chilometri al secondo, o (perché su scala galattica, le velocità sono così elevate) in proporzione alla velocità della luce, ad es. 0,5c.