Вопрос о том, как свет распространяется в космосе, - одна из вечных загадок физики. Согласно современным представлениям, это волновое явление, которому не нужна среда для распространения. Согласно квантовой теории, при определенных обстоятельствах он также ведет себя как совокупность частиц. Однако для большинства макроскопических целей его поведение можно описать, рассматривая его как волну и применяя принципы волновой механики для описания его движения.
Электромагнитные колебания
В середине 1800-х годов шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл установил, что свет - это форма электромагнитной энергии, которая распространяется волнами. Вопрос, как это удается в отсутствие среды, объясняется природой электромагнитных колебаний. Когда заряженная частица вибрирует, она производит электрическую вибрацию, которая автоматически вызывает магнитную - физики часто визуализируют эти колебания в перпендикулярных плоскостях. Парные колебания распространяются наружу от источника; для их проведения не требуется никакой среды, за исключением электромагнитного поля, пронизывающего вселенную.
Луч света
Когда электромагнитный источник генерирует свет, свет распространяется наружу в виде серии концентрических сфер, расположенных на расстоянии друг от друга в соответствии с вибрацией источника. Свет всегда проходит по кратчайшему пути между источником и местом назначения. Линия, проведенная от источника к месту назначения, перпендикулярная волновым фронтам, называется лучом. Вдали от источника сферические волновые фронты вырождаются в серию параллельных линий, движущихся в направлении луча. Их расстояние определяет длину волны света, а количество таких линий, которые проходят через заданную точку в заданную единицу времени, определяет частоту.
Скорость света
Частота, с которой вибрирует источник света, определяет частоту и длину волны результирующего излучения. Это напрямую влияет на энергию волнового пакета - или всплеска волн, движущихся как единое целое - согласно соотношению, установленному физиком Максом Планком в начале 1900-х годов. Если свет виден, частота вибрации определяет цвет. Однако скорость света не зависит от частоты колебаний. В вакууме это всегда 299792 километра в секунду (186, 282 мили в секунду), значение, обозначаемое буква «с». Согласно теории относительности Эйнштейна, ничто во Вселенной не движется быстрее, чем это.
Преломление и радуга
Свет распространяется в среде медленнее, чем в вакууме, и скорость пропорциональна плотности среды. Это изменение скорости заставляет свет изгибаться на границе раздела двух сред - явление, называемое преломлением. Угол, под которым он изгибается, зависит от плотности двух сред и длины волны падающего света. Когда свет, падающий на прозрачную среду, состоит из волновых фронтов с разной длиной волны, каждый волновой фронт изгибается под разным углом, и в результате получается радуга.