Содержание
Вопрос о том, как свет распространяется в пространстве, является одной из вечных загадок физики. В современных объяснениях это волновое явление, которому не нужна среда для распространения. Согласно квантовой теории, он также ведет себя как совокупность частиц при определенных обстоятельствах. Однако для большинства макроскопических целей его поведение можно описать, рассматривая его как волну и применяя принципы волновой механики для описания его движения.
Электромагнитные колебания
В середине 1800-х годов шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл установил, что свет - это форма электромагнитной энергии, которая распространяется волнами. Вопрос о том, как это удается сделать в отсутствие среды, объясняется природой электромагнитных колебаний. Когда заряженная частица вибрирует, она производит электрическую вибрацию, которая автоматически индуцирует магнитную - физики часто визуализируют эти вибрации, возникающие в перпендикулярных плоскостях. Парные колебания распространяются наружу от источника; для их проведения не требуется никакой среды, кроме электромагнитного поля, пронизывающего вселенную.
Луч света
Когда электромагнитный источник генерирует свет, свет распространяется наружу как ряд концентрических сфер, разнесенных в соответствии с вибрацией источника. Свет всегда идет по кратчайшему пути между источником и местом назначения. Линия, проведенная от источника к месту назначения перпендикулярно волновым фронтам, называется лучом. Вдали от источника сферические волновые фронты вырождаются в серию параллельных линий, движущихся в направлении луча. Их расстояние определяет длину волны света, а число таких линий, которые проходят данную точку в данной единице времени, определяет частоту.
Скорость света
Частота, с которой вибрирует источник света, определяет частоту и длину волны получаемого излучения. Это напрямую влияет на энергию волнового пакета - или волны, движущиеся как единое целое - в соответствии с отношениями, установленными физиком Максом Планком в начале 1900-х годов. Если свет виден, частота вибрации определяет цвет. Однако скорость света не зависит от частоты колебаний. В вакууме это всегда 299 792 километра в секунду (186, 282 мили в секунду), значение, обозначаемое буквой «с». Согласно теории относительности Эйнштейна, во Вселенной нет ничего быстрее, чем это.
Преломление и Радуга
В среде свет движется медленнее, чем в вакууме, и скорость пропорциональна плотности среды. Это изменение скорости вызывает изгиб света на границе раздела двух сред - явление, называемое преломлением. Угол, под которым он изгибается, зависит от плотности двух сред и длины волны падающего света. Когда свет, падающий на прозрачную среду, состоит из волновых фронтов с разными длинами волн, каждый волновой фронт изгибается под разным углом, и в результате получается радуга.