Miten valo toimii

Kun Maxwell esitteli sähkömagneettisten aaltojen käsitteen, kaikki loksahti paikoilleen. Tutkijat pystyivät nyt kehittämään täydellisen toimivan mallin valosta käyttäen aaltojen rakenteeseen ja toimintaan perustuvia termejä ja käsitteitä, kuten aallonpituus ja taajuus. Tämän mallin mukaan valoaaltoja on monenkokoisia. Aallon koko mitataan sen aallonpituutena, joka on peräkkäisten aaltojen kahden vastaavan pisteen välinen etäisyys, yleensä huipusta huippuun tai laaksosta laaksoon. Näkemämme valon aallonpituudet vaihtelevat 400 ja 700 nanometrin (eli metrin miljardisosan) välillä. Sähkömagneettisen säteilyn määritelmään sisältyvien aallonpituuksien koko kirjo ulottuu kuitenkin 0,1 nanometristä, kuten gammasäteissä, senttimetreihin ja metreihin, kuten radioaalloissa.

Valoaaltoja on myös monilla taajuuksilla. Taajuus on niiden aaltojen lukumäärä, jotka kulkevat avaruuden pisteen ohi jonkin ajanjakson, yleensä yhden sekunnin, aikana. Mittaamme sen yksikköinä syklit (aallot) sekunnissa eli hertseinä. Näkyvän valon taajuutta kutsutaan väriksi, ja se vaihtelee 430 biljoonasta hertsistä, joka näkyy punaisena, 750 biljoonaan hertsiin, joka näkyy violettina. Taajuuksien koko kirjo ulottuu taas näkyvän osan ulkopuolelle, alle 3 miljardista hertsistä, kuten radioaalloissa, yli 3 miljardiin miljardiin hertsiin (3 x 1019), kuten gammasäteissä.

Valoaallon energiamäärä on verrannollinen sen taajuuteen: Korkeataajuisessa valossa on paljon energiaa; matalataajuisessa valossa on vähän energiaa. Gammasäteissä on siis eniten energiaa (osa siitä, mikä tekee niistä niin vaarallisia ihmisille), ja radioaalloissa on vähiten. Näkyvästä valosta violetilla on eniten energiaa ja punaisella vähiten. Oheisessa kuvassa esitettyä taajuuksien ja energioiden kokonaisuutta kutsutaan sähkömagneettiseksi spektriksi. Huomaa, että kuviota ei ole piirretty mittakaavaan ja että näkyvän valon osuus spektristä on vain yksi tuhannesosa.

Keskustelu voisi päättyä tähän, paitsi että Albert Einstein ei voinut antaa nopeutuvien valoaaltojen olla. Hänen työnsä 1900-luvun alussa herätti henkiin vanhan ajatuksen siitä, että valo, vain ehkä, oli sittenkin hiukkanen.