Szivárványhíd és fényjáték a Väimela Alajärv tó felettÉsztországban
Ez a szócikk a fényről mint elektromágneses sugárzásról szól. Hasonló címmel lásd még:Fény (település).
Vasútállomás ablakán beszűrődő fény
Afény emberiszemmel érzékelhetőelektromágneses sugárzás. Ebben a megfogalmazásban az emberi érzékszerv észlelési képessége alapján határoztuk meg. Más emberi érzékszerv is van, amely elektromágneses sugárzást képes érzékelni: ez ahőérzékelő szervünk.
Tágabb értelemben beleérthető az ennél nagyobb (infravörös) és kisebb hullámhosszú (ultraibolya) sugárzás is, ekkor az egyértelműség kedvéért hozzátesszük a megfelelő jelzőt: infravörös fény, ultraibolya fény.
A látható fény helye az elektromágneses hullámspektrumon belül
A fény elektromágneses sugárzás: az elektromágneses sugárzásoknak azon hullámhosszú tartománya, amelyet azemberi szem érzékelni tud. Az emberi szem a 390 és 750 nanométer hullámhosszak közé eső elektromágneses sugárzást érzékeli.
A környezetünkben előforduló összes elektromágneses sugárzás sorba rendezhetőhullámhossz (illetveenergia) szerint, ekkor kapjuk azelektromágneses spektrumot. Ezen belül a 380nm és 780 nm közöttihullámhosszú elektromágneses sugárzások azemberiszem számára is láthatók, ezeketlátható fénynek vagy egyszerűenfénynek nevezzük. Fizikai természetét tekintve a fény - mint elektromágneses sugárzás - voltaképpen energia, amely a térben elektromágneses hullámként terjed.
A fehér fény különböző hullámhosszú színes fényekre bontható
észlelt fény: jellemző tulajdonsága minden olyan érzékletnek és észleletnek, amely a látás szerve által jön létre[2]
látható sugárzás: minden olyanoptikai sugárzás, amely közvetlenül látási érzékletet kelt[3]
Az optikai sugárzásoknak[4] csak egy kis része esik az ember által észlelhető tartományba. A meghatározás nem foglalkozik más élőlények látásérzékelésével; azzal például, hogy a rovarok által vizuálisan észlelhető fény hullámhossz-tartománya már 340 nm-nél kezdődik.
Az optikai sugárzások jellemzője, hogy a fénnyel kapcsolatos jelenségek leírhatók náluk (például lencsével gyűjthetők és szórhatók), de az emberi látószerv nem képes azokat észlelni.
A fény színe olyan fiziológiai érzet, amelyet a látható optikai sugárzás kelt, méghozzá a hullámhosszától függő minőségben.
A fény azelektromágneses spektrum része, melynekfrekvenciája 7,5·1014 és 3,8·1014hertz (rövidítve 'Hz') közé esik. A fénysebesség (c), a frekvencia (f vagy) és a hullámhossz () között a következő kapcsolat áll fenn:
A látható fényt a levegőbelihullámhosszával is jellemezhetjük, ami kb. 380 nanométer (rövidítve 'nm') és 760 nm közé esik.[5]
A fény azemberi szemretinájának érzékelőit, az úgynevezett csapokat és pálcikákat ingerli, mely ingerek elektromos impulzusokként terjednek az idegekben, a látóidegen végighaladva azagyban keltenek világosságérzetet.
Nyilvánvalóan azevolúció következménye, hogy az elektromágneses hullámok spektrumának éppen azt a kis részét – azokat a frekvenciájú komponenseket – látjuk, amiket a földi légkör átenged. Az elektromágneses hullámok jelentős részét ugyanis a légkör elnyeli, így azok nem érik el aFöld felszínét. A világűrre nyíló két „ablak” közül az egyik arádióhullámok tartománya, a másik pedig a látható fényé. A fénysugarak igen kis tárgyak felületéről is egyszerű szabályokat követveverődnek vissza és ráadásul az anyagtól függően általában igen jellegzetes visszaverődési színképet produkálnak, így az ezt érzékelni képes élőlények jól hasznosítható képet kapnak a környezetükről.
A fény sebességét számos fizikus, többek közöttOle Rømer,Hippolyte Fizeau ésAlbert A. Michelson próbálta megmérni, különféle módszerekkel. Rømer 1676-ban aJupiter-holdak fogyatkozását figyelte meg együttállásnál, majd fél évvel később. A fél évvel későbbi időpontban a fogyatkozások mintegy negyed órával később következtek be a holdak pályamozgása alapján számított időpontnál. Ennek alapján Rømer könnyen ki tudta számítani a fény sebességét, mert a Föld pályájának átmérője akkor már ismert volt, 300 millió kilométer. Ennyivel nagyobb utat kellett megtennie a fénynek, amiből a 300 000 000 km/1000 s = 300 000 km/s adódott.
Bay Zoltán javaslata alapján améter definícióját a fénysebesség és amásodperc alapján rögzítették, így a fénysebesség értéke ez alapján pontosan 299 792,458 km/s.[6] Egyszerűbb számításokban gyakran a felkerekített 300 000 km/s értéket használjuk.
Vákuumban a fény terjedési sebessége meghatározható a következő összefüggés alapján:[7]
ahol:
c0 : a fény sebessége
ε0 : a vákuumpermittivitása (vákuum dielektromos állandó)
A hullámoptika körében azokat a fényjelenséget vizsgáljuk, amelyek a fényhullámtermészetével értelmezhetőek. Ennek megfelelően a fényt hullámnak, általában periodikus hullámnak fogjuk fel, melyben az elektromos- és a mágneses térerősség időben és térben periodikusan változik. A hullámoptikába tartozó jelenségek nagy részének magyarázatához alkalmazhatók az általános hullámtan fogalmai, törvényszerűségei.
Polarizált fényről akkor beszélhetünk, ha a fényhullámokban az elektromos térerősségvektor rezgésisíkja egységes irányú. A természetes, nem pontszerű fényforrásból kiinduló fény nem polarizált, benne vegyesen megtalálható mindenféle hosszanti síkban rezgő hullám.
A fény polarizációjával kapcsolatos első leírásErasmus Bartholinus dán professzor nevéhez fűződik, aki egy átlátszóizlandipát-kristályon keresztülnézve meglepve tapasztalta, hogy a tárgyaknak kettős képe látszik. Ez a jelenség a kettős törés, a kristályba belépő fény két külön nyalábra bomlik, amelyek közül az egyik – az úgynevezett ordinárius sugár – követi atörés törvényét, a másik, a rendellenes, vagy extraordinárius sugár azonban nem. A kétféle nyalábkomponens terjedési sebessége és polarizációs tulajdonsága különbözik.[8]
A jelenséget szintén vizsgálóChristiaan Huygens azt a magyarázatot adta, hogy a kristály belső szerkezete miatt adott irányban megváltozik afény terjedési sebessége. A rendes sugár hullámfrontjából aHuygens-elvnek megfelelően körhullámok indulnak ki, míg a rendellenes sugár esetén ezek a hullámfrontokellipszis alakot vesznek fel.
Polarizált fény előállítható megfelelőszögben csiszoltmészpátkristállyal, amelyet kettévágnak, majd a vágási felületeknélkanadabalzsammal összeragasztanak (Nicol-prizma). Aprizmára eső természetes fény a törőfelületen kettősen törik. A rendes sugár a kanadabalzsamonteljes visszaverődést szenved és oldalra eltérül, míg a rendellenes sugár, amely már polarizált, kilép a kristályból.[9]
A kvantumelmélet és afoton modern elmélete olyan jelenségeket magyarázott meg, amelyek nem illeszkedtek a fény klasszikus hullámmodelljébe. Eszerint a fény és a többi sugárzási energia csak kis, kvantumoknak nevezett energiacsomagokban képes terjedni: afény magakvantált; a fénykvantumai a fotonok. A foton az azelektromágneses jelenségekért felelőselemi részecske, ami a fény és a többielektromágneses hullám minden formájáért felelős. Amikor a fény kibocsátódik vagy elnyelődik, mindig fotonok áramaként viselkedik. A fotonmodell részben számot ad a fény energiájának frekvenciafüggéséről, és megmagyarázza, hogyan lehet termikus egyensúlyban az anyag és asugárzás. Közegben látszólag lelassul, azonban ez csak az anyag részecskéiről való ide-oda verődés következménye, mivel így nagyobb utat kell megtennie egységnyi idő alatt. A visszaverődés mellett anyag jelenlétében el is nyelődhet, afrekvenciájával arányosenergiát éslendületet közvetítve. Mint mindenkvantumnak, a fotonnak is vannak hullám- és részecsketulajdonságai; teljesül rá ahullám-részecske kettősség.
Ez a szakasz egyelőre üres vagyerősen hiányos. Segíts te is a kibővítésében!
Newton színköre (Opticks, 1704). A színeket és az arányosan nekik megfelelő zenei hangokat tünteti fel. Alátható fényt a vöröstől a lila felé felosztotta a zenei skála hangjaival, a D-vel kezdve. A kör egy teljesoktávot ábrázol D-től D-ig
Az ókoriIndia Szamba Purana nevűvédikus szövegeinek himnuszaiban már található utalás arra, hogy a fény hét alapszínre bontható. ANapot ragyogó harci szekérként írják le, amit hét fehér ló húz, amik fényesek és ahibiszkusz virágához hasonlítanak.[10] A szövegek a Śruti-hagyományokhoz tartoznak, szájhagyomány útján terjedtek, ezért keletkezési idejük pontosan nem meghatározható. Leírva i.e. 1500 körül jelentek meg.
Azi. e. 3. századra a görögök arra a következtetésre jutottak, hogy a fény valamiképpen világító testekből, például a Napból meg az izzó szénből sugárzódik ki. De hogy miképpen alakulnak ki a fénysugarak, és hogyan jutnak a térben egyik helyről a másikra, az évszázadokon át megfejtetlen rejtély maradt.
A17. századbanIsaac Newton írta le a látható spektrumot, magát a „spektrum” szót ő alkalmazta először1671-ben, amikoroptikai kísérleteit leírta. A latin „spektrum” szó jelentése: „megjelenés”. Newton azt feltételezte, hogy a fény különböző színű részecskékből áll, amik az egyes anyagokban (pl. vízben vagy üvegen keresztül) eltérő sebességgel mozognak, így különválnak egymástól. A hét alapszínt is Newton vezette be a tudományos köztudatba, abból a megfontolásból, hogy az ókori görögszofisták szerint harmónia áll fenn a színek száma (7), a hangok (egyoktávban 7), aNaprendszerben a bolygók száma (akkoriban 7 ismert) és a hét napjai (7) között.[12][13]
Thomas Young volt az első, aki megmérte a különböző színek hullámhosszát,1802-ben.[15] A kapcsolatot a látható spektrum és a színérzékelés között Thomas Young ésHermann Ludwig von Helmholtz írta le a 19. század elején. A színlátásra vonatkozó elméletük (Young–Helmholtz-elmélet) helyesen írja le a kapcsolatot a szemben megtalálható háromféle érzékelő és a színlátás között.
Az 1860-as években James Clerk Maxwell skót kutató feltételezte, hogy az elektromágneses energia hullámként terjed, és hogy a fény voltaképpen ennek az energiának egyik fajtája.
Robert Hooke (1635-1703) a színek eredetét keresve alkotta meg a fényre hullámrezgés elméletét („pulse theory”), a fény terjedését a víz hullámaihoz hasonlítva, azt feltételezve, hogy a fény valamely „összenyomhatatlan finom közeg” gyors rezgéseiből áll, és ezek a rezgések a terjedés irányára merőlegesek lehetnek. Christiaan Huygens (1629-1695) kidolgozott egy matematikai hullámelméletet a fényre 1678-ban.
1845-benMichael Faraday felfedezte, hogy kölcsönhatás van a fény és a mágneses tér között. Rájött, hogy polarizált fénynél apolarizáció síkja mágneses mezővel körben elfordítható (Faraday-effektus). Faraday kutatásai inspiráltákJames Clerk Maxwellt az elektromágneses sugárzás és a fény további tanulmányozására.
1900-banMax Planck afeketetest-sugárzás magyarázatául felvetette, hogy ha a fény hullám természetű is, ezek a hullámok energiát felvenni vagy leadni csak meghatározott adagokban képesek. Planck ezeket a fény energiacsomagokat „kvantumoknak” nevezte (quanta - latinul: „mennyi”). Ez volt az alapja a Planck-féle, 1918-ban Nobel-díjjal jutalmazott kvantumelméletnek. 1905-benAlbert Einstein a fénykvantumok gondolatát használta fel afotoelektromos hatás magyarázatául, tovább erősítve a „valósan létező” fénykvantumok elméletét. További kutatások és teóriák vezettek a modern kvantummechanika elméletének a kifejlesztéséhez.
Ez a szakasz egyelőre üres vagyerősen hiányos. Segíts te is a kibővítésében!
