Περιεχόμενο
Το ζήτημα του πώς το φως ταξιδεύει μέσα από το διάστημα είναι ένα από τα πολυετή μυστήρια της φυσικής. Στις σύγχρονες εξηγήσεις, είναι ένα φαινόμενο κύματος που δεν χρειάζεται μέσο για την διάδοση. Σύμφωνα με την κβαντική θεωρία, συμπεριφέρεται επίσης ως συλλογή σωματιδίων υπό ορισμένες συνθήκες. Για τους περισσότερους μακροσκοπικούς σκοπούς, όμως, η συμπεριφορά του μπορεί να περιγραφεί με την επεξεργασία του ως κύμα και την εφαρμογή των αρχών της μηχανικής κύματος για να περιγράψει την κίνηση του.
Ηλεκτρομαγνητικοί κραδασμοί
Στα μέσα του 1800, ο σκωτσέζος φυσικός James Clerk Maxwell διαπίστωσε ότι το φως είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που ταξιδεύει σε κύματα. Το ζήτημα του πώς καταφέρνει να το πράξει απουσία μέσου εξηγείται από τη φύση των ηλεκτρομαγνητικών κραδασμών. Όταν ένα φορτισμένο σωματίδιο δονείται, παράγει έναν ηλεκτρικό κραδασμό ο οποίος προκαλεί αυτόματα ένα μαγνητικό - οι φυσικοί συχνά απεικονίζουν αυτές τις δονήσεις που συμβαίνουν σε κατακόρυφα επίπεδα. Οι συνδυασμένες ταλαντώσεις διαδίδονται προς τα έξω από την πηγή. κανένα μέσον, εκτός από το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαπερνά το σύμπαν, πρέπει να τις διεξάγει.
Μια ακτίνα φωτός
Όταν μια ηλεκτρομαγνητική πηγή παράγει φως, το φως ταξιδεύει προς τα έξω σαν μία σειρά ομοκεντρικών σφαιρών σε απόσταση μεταξύ των δονήσεων της πηγής. Το φως παίρνει πάντα τη μικρότερη διαδρομή μεταξύ πηγής και προορισμού. Μια γραμμή από την πηγή προς τον προορισμό, κάθετα προς τα κύματα, ονομάζεται ακτίνα. Μακριά από την πηγή, τα μέτωπα των σφαιρικών κυμάτων εκφυλίζονται σε μια σειρά παράλληλων γραμμών που κινούνται προς την κατεύθυνση της ακτίνας. Η απόσταση τους καθορίζει το μήκος κύματος του φωτός και ο αριθμός των γραμμών που περνούν από ένα δεδομένο σημείο σε μια δεδομένη μονάδα χρόνου ορίζει τη συχνότητα.
Η ταχύτητα του φωτός
Η συχνότητα με την οποία μια πηγή φωτός δονείται καθορίζει τη συχνότητα - και το μήκος κύματος - της προκύπτουσας ακτινοβολίας. Αυτό επηρεάζει άμεσα την ενέργεια του πακέτου κυμάτων - ή έκρηξη κυμάτων που κινούνται ως μονάδα - σύμφωνα με μια σχέση που καθόρισε ο φυσικός Max Planck στις αρχές του 1900. Εάν το φως είναι ορατό, η συχνότητα των κραδασμών καθορίζει το χρώμα. Ωστόσο, η ταχύτητα του φωτός δεν επηρεάζεται από τη συχνότητα των κραδασμών. Σε ένα κενό, είναι πάντα 299.792 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο (186, 282 μίλια ανά δευτερόλεπτο), μια τιμή που δηλώνεται με το γράμμα "γ". Σύμφωνα με την Θεωρία της Σχετικότητας των Einstein, τίποτα στο σύμπαν δεν ταξιδεύει πιο γρήγορα από αυτό.
Διάθλαση και Rainbows
Το φως ταξιδεύει πιο αργά σε ένα μέσο από αυτό που κάνει σε ένα κενό και η ταχύτητα είναι ανάλογη με την πυκνότητα του μέσου. Αυτή η διακύμανση ταχύτητας προκαλεί κάμψη του φωτός στη διεπαφή δύο μέσων - ένα φαινόμενο που ονομάζεται διάθλαση. Η γωνία με την οποία κάμπτεται εξαρτάται από τις πυκνότητες των δύο μέσων και το μήκος κύματος του προσπίπτοντος φωτός. Όταν το φως που προσπίπτει σε ένα διαφανές μέσο αποτελείται από μέτωπα κύματος διαφορετικών μηκών κύματος, κάθε εμπρόσθιο κύμα κάμπτεται με διαφορετική γωνία και το αποτέλεσμα είναι ένα ουράνιο τόξο.