วัดแสงในอะไร?

วัดแสงได้หลายหน่วย ความยาวคลื่น λ วัดได้ทั้ง ...ngstroms และ นาโนเมตร วัดความถี่เป็นเฮิรตซ์ พลังงานของมันมักจะวัดเป็นอิเล็กตรอนโวลต์ (eV) เนื่องจากจูลมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะใช้งานได้จริง การเปลี่ยนสีแดงของมันถูกวัดในหน่วยระยะทางสั้น ๆ (หากวัดการเปลี่ยนแปลงในเส้นการปล่อยบนสเปกโตรกราฟ) หรือในหน่วยความเร็วจากความเร็วของวัตถุที่ถอย

...ngstrom (...) คือ 10^-10 เมตร นาโนเมตร (นาโนเมตร) คือ 10^-9 เมตร ความยาวคลื่นของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้ายืดจาก 10^12 nm ถึง 10^-3 nm นาโนเมตรคือความยาวคลื่นของโฟตอนเอ็กซ์เรย์แบบอ่อน ช่วงแสงที่มองเห็นได้คือ 400-750 นาโนเมตร โปรดทราบว่าเนื่องจากความเร็วของแสงเป็นค่าคงที่และเป็นผลคูณของความยาวคลื่นและความถี่ นั่นคือ c = λν ดังนั้นการรู้ความยาวคลื่นหมายความว่าคุณทราบความถี่ด้วยเช่นกัน (ความถี่มักจะแสดงด้วยตัวอักษรกรีก nu.)

ธรรมชาติของคลื่นของแสงสามารถแสดงได้โดยปล่อยให้แสงสีเดียว (ความยาวคลื่นเดียว) ผ่านรูเข็มที่อยู่ใกล้กันมากสองรู (หรือเทียบเท่าผ่านตะแกรงเลี้ยวเบน) แสงจากรูเข็มทั้งสองขวางกัน ทำให้เกิดลวดลายของเส้นสว่างและมืดบนผนังที่อยู่ห่างไกล เผยให้เห็นลักษณะคลื่นของแสง

รูปแบบการยกเลิกและการเพิ่มที่เหมือนกันนี้สามารถเห็นได้ในคลื่นน้ำที่สร้างขึ้นโดยบ็อบสองตัวที่อยู่ใกล้เคียง ยอดเขาจะตัดร่องน้ำของคลื่น ในขณะที่ยอดเขาเสริมกำลังยอดเขา จากการวัดรูปแบบและระยะห่างระหว่างรอยแยก สมการที่เรียกว่าเกณฑ์ Rayleigh สามารถกำหนดความยาวคลื่นของคลื่นแสงได้ ในการคำนวณพลังงานที่สูงขึ้น เช่น สำหรับรังสีเอกซ์ จะใช้การเลี้ยวเบนของผลึกแทนการเกรตติ้ง รังสีเอกซ์สะท้อนตาข่ายคริสตัล เช่น NaCl และรูปแบบการรบกวนเช่นกัน

พลังงานของโฟตอนสัมพันธ์กับความถี่ของมัน และตั้งแต่ c = λν- จนถึงความยาวคลื่นของมัน ความสัมพันธ์คือ E = hν โดยที่ h คือค่าคงที่ของพลังค์ หน่วยที่มักใช้สำหรับพลังงานของโฟตอนคืออิเล็กตรอนโวลต์ (eV) อิเล็กตรอนโวลต์คือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จากตำแหน่งที่ศักย์ศักย์ไฟฟ้าคือ V ไปยังตำแหน่งที่เป็น V+1 รังสีแกมมามีพลังงานประมาณหนึ่งล้าน eV อีกด้านหนึ่งของสเปกตรัม คลื่นวิทยุมีพลังงานตั้งแต่หนึ่งในล้านถึงหนึ่งในพันล้านของ eV สเปกตรัมที่มองเห็นได้อยู่ระหว่างประมาณ 5 eV

ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษบอกว่าแสงจากวัตถุที่เร่งความเร็วยังคงเดินทางที่ค่าคงที่สากล c แม้กระทั่งสำหรับวัตถุที่ถอยกลับเร็วเท่ากับดาราจักร ทฤษฎีนี้กำหนดต่อไปว่าความยาวคลื่นจะเปลี่ยนแปลง โดยลดลงตามสัดส่วนที่กำหนดโดยความเร็วของวัตถุที่สัมพันธ์กับผู้สังเกต การยืดตัวสามารถสังเกตได้ในสเปกตรัมของวัตถุที่กำลังถอย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เส้นการปล่อยของก๊าซดูดซับแสงและก๊าซเปล่งแสงของวัตถุจะเปลี่ยนไปทางปลายคลื่นที่ยาวกว่าของสเปกตรัม การเลื่อนของแสงสามารถวัดได้จากสเปกโตกราฟในแง่ของการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นสัมบูรณ์ กล่าวคือ หน่วยนาโนเมตรหรือ... หรือการเปลี่ยนแปลงทางสเปกโตรสโกปีสามารถแปลงเป็นความเร็วของวัตถุที่ถอยกลับและวัดได้ทั้งใน กิโลเมตรต่อวินาที หรือ (เพราะในระดับกาแลคซี่มีความเร็วมาก) เป็นสัดส่วนของความเร็วแสง เช่น 0.5c