De vraag hoe licht door de ruimte reist, is een van de eeuwige mysteries van de natuurkunde. In moderne verklaringen is het een golfverschijnsel dat geen medium nodig heeft om zich voort te planten. Volgens de kwantumtheorie gedraagt ​​het zich ook onder bepaalde omstandigheden als een verzameling deeltjes. Voor de meeste macroscopische doeleinden kan het gedrag worden beschreven door het te behandelen als een golf en de principes van de golfmechanica toe te passen om de beweging te beschrijven.

Elektromagnetische trillingen

In het midden van de 19e eeuw, Schots natuurkundige James Clerk Maxwell stelde vast dat licht een vorm van elektromagnetische energie is die zich in golven voortbeweegt. De vraag hoe het in de afwezigheid van een medium daarin slaagt, wordt verklaard door de aard van elektromagnetische trillingen. Wanneer een geladen deeltje trilt, produceert het een elektrische vibratie die automatisch een magnetische vibratie induceert - natuurkundigen visualiseren deze trillingen vaak in loodrechte vlakken. De gepaarde oscillaties propageren naar buiten vanuit de bron; geen medium, behalve het elektromagnetische veld dat het universum doordringt, is nodig om ze te geleiden.

Een lichtstraal

Wanneer een elektromagnetische bron licht opwekt, gaat het licht naar buiten als een reeks van concentrische bollen op afstand van elkaar in overeenstemming met de vibratie van de bron. Licht neemt altijd het kortste pad tussen een bron en bestemming. Een lijn van de bron naar de bestemming, loodrecht op de golffronten, wordt een straal genoemd. Ver van de bron degenereren sferische golffronten in een reeks evenwijdige lijnen die in de richting van de straal bewegen. Hun onderlinge afstand bepaalt de golflengte van het licht en het aantal van dergelijke lijnen dat een bepaald punt in een gegeven tijdseenheid passeert, definieert de frequentie.

De snelheid van het licht

De frequentie waarmee een lichtbron trilt bepaalt de frequentie - en golflengte - van de resulterende straling. Dit beïnvloedt rechtstreeks de energie van het golfpakket - of een golf van golven die als een eenheid bewegen - volgens een relatie die fysica Max Planck in de vroege jaren 1900 had vastgesteld. Als het licht zichtbaar is, bepaalt de trillingsfrequentie de kleur. De snelheid van het licht wordt echter niet beïnvloed door de trillingsfrequentie. In een vacuüm is het altijd 299.792 kilometer per seconde (186, 282 mijl per seconde), een waarde aangeduid met de letter "c." Volgens de relativiteitstheorie van Einstein reist niets in het universum sneller dan dit.

Breking en regenbogen

Licht reist trager in een medium dan in een vacuüm, en de snelheid is evenredig met de dichtheid van het medium. Deze snelheidsvariatie zorgt ervoor dat het licht buigt op het grensvlak van twee media - een fenomeen dat breking wordt genoemd. De hoek waaronder het buigt, hangt af van de dichtheden van de twee media en de golflengte van het invallende licht. Wanneer licht dat invalt op een transparant medium is samengesteld uit golffronten van verschillende golflengten, buigt elk golffront in een andere hoek en is het resultaat een regenboog.