La question de savoir comment la lumière se déplace à travers l'espace est l'un des mystères éternels de la physique. Dans les explications modernes, il est un phénomène d'onde qui n'a pas besoin d'un milieu à travers lequel se propager. Selon la théorie quantique, il se comporte aussi comme un ensemble de particules dans certaines circonstances. Pour la plupart des buts macroscopiques, cependant, son comportement peut être décrit en le traitant comme une onde et en appliquant les principes de la mécanique ondulatoire pour décrire son mouvement.
Vibrations électromagnétiques
Au milieu des années 1800, le physicien écossais James Clerk Maxwell a établi que la lumière est une forme d'énergie électromagnétique qui se déplace dans les vagues. La question de savoir comment il parvient à le faire en l'absence d'un milieu est expliqué par la nature des vibrations électromagnétiques. Quand une particule chargée vibre, elle produit une vibration électrique qui induit automatiquement un champ magnétique un - physiciens visualisent souvent ces vibrations qui se produisent dans des plans perpendiculaires. Les oscillations se propagent par paires vers l'extérieur depuis la source; pas de milieu, à l'exception du champ électromagnétique qui imprègne l'univers, est nécessaire pour les conduire.
A Ray of Light
Quand une source électromagnétique génère de la lumière, la lumière se déplace vers l'extérieur comme un ensemble de sphères concentriques espacées conformément à la vibration de la source. Lumière prend toujours le chemin le plus court entre une source et la destination. Une ligne tracée à partir de la source à la destination, perpendiculaire aux fronts d'onde, est appelé un rayon. Loin de la source, les fronts d'ondes sphériques dégénèrent en une série de lignes parallèles se déplaçant dans la direction du rayon. Leur espacement définit la longueur d'onde de la lumière, et le nombre de ces lignes qui passent un point donné dans une unité de temps donnée définit la fréquence.
La vitesse de la lumière
La fréquence avec laquelle une source de lumière vibre détermine la fréquence - et la longueur d'onde - du rayonnement résultant. Cela affecte directement l'énergie du paquet d'ondes - ou l'éclatement des vagues en mouvement comme une unité - selon un rapport établi par le physicien Max Planck au début des années 1900. Si la lumière est visible, la fréquence de vibration détermine la couleur. La vitesse de la lumière est affectée par la fréquence vibratoire, cependant. Dans le vide, il est toujours 299,792 kilomètres par seconde (186, 282 miles par seconde), une valeur désignée par la lettre "c". Selon la théorie de la relativité d'Einstein, rien dans l'univers se déplace plus vite que cela.
Refraction et Rainbows
La lumière se propage plus lentement dans un milieu qu'elle ne le fait dans le vide, et la vitesse est proportionnelle à la densité du milieu. Cette variation de vitesse provoque la lumière de se plier à l'interface de deux milieux - un phénomène appelé réfraction. L'angle sous lequel elle se plie dépend de la densité des deux milieux et la longueur d'onde de la lumière incidente. Lorsque la lumière incidente sur un support transparent est composé de fronts d'ondes de différentes longueurs d'onde, vagues chaque virages avant à un angle différent, et le résultat est un arc en ciel.