Frågan om hur ljus färdas genom rymden är ett av fysikens ständiga mysterier. I moderna förklaringar är det ett vågfenomen som inte behöver ett medium för att sprida sig. Enligt kvantteorin beter det sig också som en samling partiklar under vissa omständigheter. För de flesta makroskopiska ändamål kan dock dess beteende beskrivas genom att behandla det som en våg och tillämpa principerna för vågmekanik för att beskriva dess rörelse.
Elektromagnetiska vibrationer
I mitten av 1800-talet fastställde den skotska fysikern James Clerk Maxwell att ljus är en form av elektromagnetisk energi som färdas i vågor. Frågan om hur den lyckas göra det i frånvaro av ett medium förklaras av naturen av elektromagnetiska vibrationer. När en laddad partikel vibrerar producerar den en elektrisk vibration som automatiskt inducerar en magnetisk - fysiker visualiserar ofta dessa vibrationer som sker i vinkelräta plan. De parade svängningarna sprids utåt från källan; inget medium, förutom det elektromagnetiska fältet som genomsyrar universum, krävs för att leda dem.
En ljusstråle
När en elektromagnetisk källa genererar ljus, rör sig ljuset utåt som en serie koncentriska sfärer som är placerade på avstånd i enlighet med källans vibrationer. Ljus tar alltid den kortaste vägen mellan källa och destination. En linje från källan till destinationen, vinkelrät mot vågfronterna, kallas en stråle. Långt ifrån källan degenererar sfäriska vågfronter till en serie parallella linjer som rör sig i strålens riktning. Deras avstånd definierar ljusets våglängd och antalet sådana linjer som passerar en viss punkt i en given tidsenhet definierar frekvensen.
Ljusets hastighet
Frekvensen med vilken en ljuskälla vibrerar bestämmer frekvensen - och våglängden - för den resulterande strålningen. Detta påverkar direkt vågpaketets energi - eller vågor som rör sig som en enhet - enligt ett förhållande som fysikern Max Planck etablerade i början av 1900-talet. Om ljuset är synligt bestämmer vibrationsfrekvensen färg. Ljusets hastighet påverkas dock inte av vibrationsfrekvensen. I vakuum är det alltid 299792 kilometer per sekund (186, 282 miles per sekund), ett värde betecknat med bokstaven "c." Enligt Einsteins relativitetsteori går inget i universum snabbare än detta.
Brytning och regnbågar
Ljus rör sig långsammare i ett medium än i vakuum, och hastigheten är proportionell mot densiteten hos mediet. Denna hastighetsvariation får ljuset att böjas vid gränssnittet mellan två medier - ett fenomen som kallas brytning. Vinkeln under vilken den böjs beror på densiteten hos de två medierna och våglängden för det infallande ljuset. När ljus som inträffar på ett transparent medium består av vågfronter med olika våglängder, böjer varje vågfront i olika vinkel och resultatet är en regnbåge.
