Hogyan működik a fény

Mihelyt Maxwell bevezette az elektromágneses hullámok fogalmát, minden a helyére került. A tudósok most már a hullámok szerkezetén és működésén alapuló kifejezések és fogalmak – mint például a hullámhossz és a frekvencia – segítségével kidolgozhatták a fény teljes munkamodelljét. E modell szerint a fényhullámok sokféle méretűek. Egy hullám méretét a hullámhosszával mérik, amely az egymást követő hullámok két megfelelő pontja közötti távolság, általában a hullámcsúcs és a hullámcsúcs vagy a hullámvölgy közötti távolság. Az általunk látható fény hullámhossza 400 és 700 nanométer (azaz a méter milliárdod része) között mozog. Az elektromágneses sugárzás definíciójában szereplő teljes hullámhossz-tartomány azonban 0,1 nanométertől, mint a gammasugárzásban, a centiméterekig és méterekig, mint a rádióhullámokban.

A fényhullámoknak is számos frekvenciája van. A frekvencia azoknak a hullámoknak a száma, amelyek egy adott időintervallum, általában egy másodperc alatt áthaladnak a tér egy pontján. Ezt a másodpercenkénti ciklusok (hullámok) vagy hertz mértékegységében mérjük. A látható fény frekvenciáját színnek nevezzük, és 430 billió hertztől, amit vörösként látunk, 750 billió hertzig terjed, amit ibolyaszínként látunk. A frekvenciák teljes tartománya ismét túlnyúlik a látható részen, a 3 milliárd hertznél kisebbtől, mint a rádióhullámok, a 3 milliárd milliárd hertznél (3 x 1019) nagyobbig, mint a gamma-sugárzás.

A fényhullámban lévő energia mennyisége arányosan függ a frekvenciájától: A nagy frekvenciájú fénynek nagy energiája van; a kis frekvenciájú fénynek kicsi az energiája. Tehát a gammasugaraknak van a legtöbb energiájuk (részben ezért olyan veszélyesek az emberre), a rádióhullámoknak pedig a legkevesebb. A látható fény közül az ibolyántúli fénynek van a legtöbb energiája, a vörösnek pedig a legkevesebb. A frekvenciák és energiák teljes tartományát, amelyet a mellékelt ábra mutat, elektromágneses spektrumnak nevezzük. Vegyük észre, hogy az ábra nem méretarányos, és hogy a látható fény a spektrumnak csak egy ezrelékét foglalja el.

Ezzel a beszélgetés végére érhetnénk, hacsak Albert Einstein nem hagyta volna szó nélkül a gyorsuló fényhullámokat. A 20. század elején végzett munkája feltámasztotta a régi elképzelést, miszerint a fény, csak talán, mégiscsak részecske.