Kako potuje Light?

Vprašanje, kako svetloba potuje po vesolju, je ena večnih skrivnosti fizike. V sodobnih razlagah gre za valni pojav, ki ne potrebuje medija, skozi katerega se širi. Po kvantni teoriji se v določenih okoliščinah obnaša tudi kot zbirka delcev. Za večino makroskopskih namenov pa lahko njegovo vedenje opišemo tako, da ga obravnavamo kot val in uporabimo načela valovne mehanike za opis njegovega gibanja.

Sredi 19. stoletja je škotski fizik James Clerk Maxwell ugotovil, da je svetloba oblika elektromagnetne energije, ki potuje v valovih. Vprašanje, kako to uspe v odsotnosti medija, je razloženo z naravo elektromagnetnih vibracij. Ko naelektreni delci zavibrirajo, ustvarijo električne vibracije, ki samodejno sprožijo magnetno - fiziki pogosto predstavljajo te vibracije, ki se pojavljajo v pravokotnih ravninah. Seznanjena nihanja se širijo navzven od vira; noben medij, razen elektromagnetnega polja, ki prežema vesolje, ni potreben za njihovo vodenje.

Ko elektromagnetni vir ustvarja svetlobo, svetloba potuje navzven kot niz koncentričnih krogel, razporejenih v skladu z vibracijami vira. Svetloba vedno vodi najkrajšo pot med izvorom in ciljem. Črta, potegnjena od vira do cilja, pravokotna na valovne fronte, se imenuje žarek. Daleč od vira se sferične valovne fronte izrodijo v vrsto vzporednih črt, ki se premikajo v smeri žarka. Njihov razmik določa valovno dolžino svetlobe, število takih črt, ki preidejo določeno točko v dani časovni enoti, pa frekvenco.

Frekvenca, s katero vibrira svetlobni vir, določa frekvenco in valovno dolžino nastalega sevanja. To neposredno vpliva na energijo valovnega paketa - ali na izbruh valov, ki se premikajo kot enota - glede na razmerje, ki ga je v zgodnjih 1900-ih vzpostavil fizik Max Planck. Če je svetloba vidna, frekvenca vibracij določa barvo. Vendar na hitrost svetlobe vibracijske frekvence ne vplivajo. V vakuumu je vedno 299.792 kilometrov na sekundo (186, 282 milj na sekundo), vrednost označena z črka "c." Po Einsteinovi teoriji relativnosti nič v vesolju ne potuje hitreje kot to.

Svetloba potuje v mediju počasneje kot v vakuumu, hitrost pa je sorazmerna z gostoto medija. Ta sprememba hitrosti povzroči upogibanje svetlobe na vmesniku dveh medijev - pojav, imenovan lom. Kot, pod katerim se upogne, je odvisen od gostote obeh medijev in valovne dolžine vpadne svetlobe. Kadar svetlobo, ki pada na prozoren medij, sestavljajo valovne fronte z različnimi valovnimi dolžinami, se vsaka valovna fronta upogne pod drugim kotom in rezultat je mavrica.