De snelheid van het licht in een vacuüm is 3 × 10 ^{8 m /s, de hoogste snelheid in het universum!}

Het is een uniek en bizar kenmerk van ons bestaan dat niets sneller reist dan het licht. En hoewel al het licht, zichtbaar of niet, met dezelfde snelheid reist, wanneer het materie tegenkomt, vertraagt het. Omdat licht interageert met materie (die niet in een vacuüm bestaat), hoe dichter de materie, hoe langzamer het reist.

De interacties van licht met materie duiden op een andere belangrijke eigenschap: de aard van de deeltjes. Een van de vreemdste fenomenen in het universum, licht is eigenlijk twee dingen tegelijk: een golf en een deeltje. Deze dualiteit van golfdeeltjes
maakt het bestuderen van licht enigszins afhankelijk van de context.

Soms vinden natuurkundigen het het meest nuttig om licht als een golf te beschouwen en daarop veel van dezelfde wiskunde en eigenschappen die geluidsgolven en andere mechanische golven beschrijven. In andere gevallen is het modelleren van licht als een deeltje geschikter, bijvoorbeeld bij het overwegen van de relatie met atomaire energieniveaus of het pad dat het zal afleggen als het door een spiegel reflecteert.
Het elektromagnetische spectrum

Als alles licht, zichtbaar of niet, is technisch hetzelfde - elektromagnetische straling - wat onderscheidt het ene type van het andere? De golfeigenschappen.

Elektromagnetische golven bestaan in een spectrum van verschillende golflengten en frequenties. Als golf volgt de snelheid van het licht de golfsnelheidsvergelijking, waarbij de snelheid gelijk is aan het product van golflengte en frequentie:

v \u003d λ × f

In deze vergelijking, v
is golfsnelheid in meters per seconde (m /s), λ
is golflengte in meters (m) en f
is frequentie in hertz (Hz).

In het geval van licht kan dit worden herschreven met de variabele c
voor de snelheid van het licht in een vacuüm:

c \u003d λ × f

Tips

[diagram van EM-spectrum invoegen]
Het zichtbare spectrum

Het zichtbare lichtspectrum overspant golflengtes van 380-750 nanometer (1 nanometer is gelijk aan 10 ^{-9 meter - een miljardste meter, of ongeveer de diameter van een waterstofatoom). Dit deel van het elektromagnetische spectrum omvat alle kleuren van de regenboog - rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet - die zichtbaar zijn voor het oog.}

[Voeg een diagram toe met een uitslag van de zichtbaar spectrum]

Omdat rood de langste golflengte van de zichtbare kleuren heeft, heeft het ook de kleinste frequentie en dus de laagste energie. Het tegenovergestelde geldt voor blues en viooltjes. Omdat de energie van de kleuren niet hetzelfde is, evenmin als hun temperatuur. In feite leidde de meting van deze temperatuurverschillen in zichtbaar licht tot de ontdekking van het bestaan van ander licht onzichtbaar licht voor mensen.

In 1800 bedacht Sir Frederick William Herschel een experiment om het verschil in temperatuur voor verschillende kleuren zonlicht dat hij scheidde met een prisma. Hoewel hij inderdaad verschillende temperaturen in verschillende kleurgebieden aantrof, was hij verrast om de heetste temperatuur van alles te zien die op de thermometer werd geregistreerd, net voorbij het rood, waar helemaal geen licht leek te zijn. Dit was het eerste bewijs dat er meer licht bestond dan mensen konden zien. Hij noemde het licht in deze regio infrarood
, wat zich direct vertaalt naar "onder rood".

Wit licht, meestal wat een standaard gloeilamp afgeeft, is een combinatie van alle kleuren. Zwart is daarentegen de afwezigheid van licht - helemaal geen kleur!
Wave Fronts and Rays

Optica-ingenieurs en wetenschappers beschouwen licht op twee verschillende manieren bij het bepalen van hoe het zal stuiteren, combineren en focussen. Beide beschrijvingen zijn nodig om de uiteindelijke intensiteit en locatie van het licht te voorspellen terwijl het door lenzen of spiegels focust.

In één geval beschouwen opticiens licht als een reeks fronten met dwarsgolven
, die herhalende sinusvormige of S-vormige golven met toppen en dalen. Dit is de fysieke optiek
benadering, omdat het de golfkarakter van licht gebruikt om te begrijpen hoe licht op zichzelf inwerkt en leidt tot interferentiepatronen, net zoals golven in water elkaar kunnen versterken of opheffen.

Fysieke optica begon na 1801 toen Thomas Young de golfeigenschappen van het licht ontdekte. Het helpt bij het verklaren van de werking van optische instrumenten zoals diffractieroosters, die het lichtspectrum scheiden in de samenstellende golflengten, en polarisatielenzen, die bepaalde golflengten blokkeren.

De andere manier om aan licht te denken is als een straal
, een straal die een rechte lijn volgt. Een straal wordt getekend als een rechte lijn die uit een lichtbron komt en de richting aangeeft waarin het licht zich verplaatst. Licht uitdrukken als een straal is nuttig in geometrische optica
, die meer betrekking heeft op de deeltjeskarakter van licht.

Het tekenen van straaldiagrammen die het pad van licht tonen, is van cruciaal belang voor het ontwerpen van dergelijke licht-focusserende hulpmiddelen als lenzen, prisma's, microscopen, telescopen en camera's. Geometrische optica bestaat al langer dan fysieke optica - in 1600, het tijdperk van Sir Isaac Newton, waren corrigerende lenzen voor zicht alledaags.