Hvordan går lys rejse?

Spørgsmålet om, hvordan lyset bevæger sig gennem rummet er en af ​​de stædige mysterier i fysikken. I moderne forklaringer er det et bølgefænomen, der ikke behøver et medium, hvorigennem man kan formere sig. Ifølge kvantteori opfører den sig også som en samling af partikler under visse omstændigheder. For de fleste makroskopiske formål kan dets adfærd dog beskrives ved at behandle den som en bølge og anvende principperne for bølge mekanik til at beskrive dens bevægelse.

Elektromagnetiske Vibrationer

I midten af ​​1800'erne har skotske fysiker James Clerk Maxwell fastslået, at lys er en form for elektromagnetisk energi, der bevæger sig i bølger. Spørgsmålet om, hvordan det formår at gøre det i mangel af et medium, forklares ved arten af ​​elektromagnetiske vibrationer. Når en ladet partikel vibrerer, producerer den en elektrisk vibration, der automatisk inducerer en magnetisk en - fysikere visualiserer ofte disse vibrationer, der forekommer i vinkelrette planer. De parrede oscillationer former sig udadtil fra kilden; Intet medium undtagen det elektromagnetiske felt, der gennemsyrer universet, er nødvendigt for at udføre dem.

En stråle af lys

Når en elektromagnetisk kilde genererer lys, bevæger lyset udad som en serie af koncentriske kugler fordelt i overensstemmelse med kildens vibrationer. Lys tager altid den korteste vej mellem en kilde og en destination. En linje trukket fra kilden til destinationen, vinkelret på bølgefronterne, kaldes en stråle. Langt fra kilden degenererer sfæriske bølgefronter sig i en række parallelle linjer, der bevæger sig i retning af strålen. Deres afstand definerer lysets bølgelængde, og antallet af sådanne linjer, der passerer et givet punkt i en given tidsenhed definerer frekvensen.

Lysets hastighed

Hyppigheden med hvilken en lyskilde vibrerer bestemmer frekvensen og bølgelængden - af den resulterende stråling. Dette har direkte indflydelse på bølgepakkenes energi - eller bølgesprængning som en enhed - ifølge et forhold etableret af fysikeren Max Planck i begyndelsen af ​​1900'erne. Hvis lyset er synligt, bestemmer frekvensen af ​​vibrationer farve. Lysets hastighed er dog upåvirket af vibrationelle frekvenser. I et vakuum er det altid 299.792 kilometer pr. Sekund (186, 282 miles per sekund), en værdi betegnet med bogstavet "c." Ifølge Einsteins Relativitetsteori rejser ingenting i universet hurtigere end dette.

Refraktion og regnbue

Lyset går langsommere i et medium end det gør i et vakuum, og hastigheden er proportional med mediumets tæthed. Denne hastighedsvariation forårsager let at bøje ved grænsefladen mellem to medier - et fænomen kaldet refraktion. Vinklen ved hvilken den bøjer afhænger af tætheden af ​​de to medier og bølgelængden af ​​det indfaldende lys. Når lysindfald på et gennemsigtigt medium er sammensat af bølgefronter med forskellige bølgelængder, bøjer hver bølgeflade sig i en anden vinkel, og resultatet er en regnbue.