Obsah
Otázka, ako svetlo prechádza vesmírom, je jednou z trvalých mystérií fyziky. V moderných vysvetleniach je to jav vlny, ktorý nepotrebuje médium, cez ktoré by sa mohol šíriť. Podľa kvantovej teórie sa za určitých okolností správa tiež ako súbor častíc. Pre väčšinu makroskopických účelov je však možné jeho správanie opísať tak, že sa s ňou zaobchádza ako s vlnou a na opísanie svojho pohybu sa použijú princípy mechaniky vĺn.
Elektromagnetické vibrácie
V polovici 18. storočia škótsky fyzik James Clerk Maxwell zistil, že svetlo je forma elektromagnetickej energie, ktorá sa pohybuje vo vlnách. Otázka, ako sa to podarí v neprítomnosti média, sa vysvetľuje povahou elektromagnetických vibrácií. Keď nabitá častica vibruje, vytvára elektrickú vibráciu, ktorá automaticky indukuje magnetickú - fyzici často tieto vibrácie vizualizujú v kolmých rovinách. Spárované kmity sa šíria smerom von zo zdroja; na ich vedenie nie je potrebné žiadne médium, s výnimkou elektromagnetického poľa, ktoré preniká do vesmíru.
Lúč svetla
Keď elektromagnetický zdroj generuje svetlo, svetlo putuje smerom von ako rad koncentrických guľôčok rozmiestnených podľa vibrácií zdroja. Svetlo vždy vedie najkratšou cestou medzi zdrojom a cieľom. Čiara nakreslená od zdroja k cieľu, kolmá na čelné vlny, sa nazýva lúč. Čelo sférických vĺn ďaleko od zdroja degeneruje na sériu rovnobežných čiar pohybujúcich sa v smere lúča. Ich rozstup definuje vlnovú dĺžku svetla a počet takých vedení, ktoré prechádzajú daným bodom v danej časovej jednotke, určuje frekvenciu.
Rýchlosť svetla
Frekvencia vibrácií zdroja svetla určuje frekvenciu - a vlnovú dĺžku - výsledného žiarenia. To priamo ovplyvňuje energiu vlnového paketu - alebo výbuch vĺn, ktoré sa pohybujú ako jednotka - podľa vzťahu, ktorý vytvoril fyzik Max Planck na začiatku 20. storočia. Ak je svetlo viditeľné, farbu určuje frekvencia vibrácií. Rýchlosť svetla však nie je ovplyvnená vibračnou frekvenciou. Vo vákuu je to vždy 299 792 kilometrov za sekundu (186, 282 míľ za sekundu), hodnota označená písmenom „c“. Podľa Einsteinovej teórie relativity nič vo vesmíre nejde rýchlejšie ako toto.
Refrakcia a dúhy
Svetlo prechádza pomalšie v médiu ako vo vákuu a rýchlosť je úmerná hustote média. Táto zmena rýchlosti spôsobuje, že sa svetlo ohýba na rozhraní dvoch médií - jav nazývaný refrakcia. Uhol, v ktorom sa ohýba, závisí od hustoty dvoch médií a vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla. Ak je svetelný incident na priehľadnom médiu zložený z čelných vln rôznych vlnových dĺžok, každá predná vlna sa ohýba pod iným uhlom a výsledkom je dúha.