แสงเดินทางได้อย่างไร?

คำถามที่แสงเดินทางผ่านอวกาศเป็นหนึ่งในความลึกลับของฟิสิกส์ตลอดกาล ในการอธิบายสมัยใหม่ มันเป็นปรากฏการณ์คลื่นที่ไม่ต้องการตัวกลางในการแพร่กระจาย ตามทฤษฎีควอนตัม มันยังทำหน้าที่เป็นกลุ่มของอนุภาคภายใต้สถานการณ์บางอย่าง อย่างไรก็ตาม สำหรับวัตถุประสงค์ในระดับมหภาคส่วนใหญ่ พฤติกรรมของมันสามารถอธิบายได้ด้วยการปฏิบัติเสมือนคลื่นและใช้หลักการของกลศาสตร์คลื่นเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของมัน

ในช่วงกลางทศวรรษที่ 1800 James Clerk Maxwell นักฟิสิกส์ชาวสก็อตระบุว่าแสงเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ารูปแบบหนึ่งที่เคลื่อนที่เป็นคลื่น คำถามที่ว่าทำไมมันถึงทำอย่างนั้นได้ในกรณีที่ไม่มีตัวกลางนั้นอธิบายโดยธรรมชาติของการสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่ออนุภาคที่มีประจุสั่นสะเทือน จะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าที่กระตุ้นแม่เหล็กโดยอัตโนมัติ นักฟิสิกส์มักจะเห็นภาพการสั่นเหล่านี้เกิดขึ้นในระนาบตั้งฉาก การแกว่งคู่แพร่กระจายออกไปด้านนอกจากแหล่งกำเนิด ไม่จำเป็นต้องใช้สื่อใด ๆ ยกเว้นสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่แทรกซึมเข้าไปในจักรวาล

เมื่อแหล่งกำเนิดแม่เหล็กไฟฟ้าสร้างแสง แสงจะเดินทางออกไปด้านนอกเป็นชุดของทรงกลมที่มีศูนย์กลางศูนย์กลางซึ่งเว้นระยะห่างตามการสั่นของแหล่งกำเนิดแสง แสงมักใช้เส้นทางที่สั้นที่สุดระหว่างต้นทางและปลายทางเสมอ เส้นที่ลากจากต้นทางไปยังปลายทางซึ่งตั้งฉากกับหน้าคลื่นเรียกว่ารังสี ไกลจากแหล่งกำเนิด หน้าคลื่นทรงกลมเสื่อมลงเป็นชุดของเส้นคู่ขนานที่เคลื่อนที่ไปในทิศทางของรังสี ระยะห่างกำหนดความยาวคลื่นของแสง และจำนวนของเส้นดังกล่าวที่ผ่านจุดที่กำหนดในหน่วยของเวลาที่กำหนดความถี่

ความถี่ที่แหล่งกำเนิดแสงสั่นสะเทือนเป็นตัวกำหนดความถี่และความยาวคลื่นของการแผ่รังสีที่เป็นผลลัพธ์ สิ่งนี้ส่งผลโดยตรงต่อพลังงานของแพ็กเก็ตคลื่น - หรือการระเบิดของคลื่นที่เคลื่อนที่เป็นหน่วย - ตามความสัมพันธ์ที่กำหนดโดยนักฟิสิกส์ Max Planck ในช่วงต้นทศวรรษ 1900 หากมองเห็นแสงได้ ความถี่ของการสั่นสะเทือนจะเป็นตัวกำหนดสี อย่างไรก็ตาม ความเร็วของแสงไม่ได้รับผลกระทบจากความถี่การสั่นไหว ในสุญญากาศจะอยู่ที่ 299,792 กิโลเมตรต่อวินาที (186, 282 ไมล์ต่อวินาที) เสมอ ค่าที่กำหนดโดย ตัวอักษร "ค" ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ไม่มีสิ่งใดในจักรวาลเดินทางได้เร็วกว่า faster นี้.

แสงเดินทางในตัวกลางได้ช้ากว่าในสุญญากาศ และความเร็วเป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของตัวกลาง ความแปรผันของความเร็วนี้ทำให้แสงหักเหที่ส่วนต่อประสานของสื่อทั้งสอง ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการหักเหของแสง มุมที่มันโค้งงอขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของสื่อทั้งสองและความยาวคลื่นของแสงตกกระทบ เมื่อแสงตกกระทบบนตัวกลางโปร่งใสประกอบด้วยหน้าคลื่นที่มีความยาวคลื่นต่างกัน หน้าคลื่นแต่ละหน้าจะโค้งงอในมุมที่ต่างกัน ผลที่ได้คือรุ้ง