Hoe licht werkt

Toen Maxwell het concept van elektromagnetische golven introduceerde, klikte alles op zijn plaats. Wetenschappers konden nu een volledig werkend model van licht ontwikkelen met termen en begrippen, zoals golflengte en frequentie, gebaseerd op de structuur en functie van golven. Volgens dat model zijn lichtgolven er in vele maten. De grootte van een golf wordt gemeten als zijn golflengte, die de afstand is tussen twee overeenkomstige punten op opeenvolgende golven, gewoonlijk piek tot piek of dal tot dal. De golflengten van het licht dat wij kunnen zien, variëren van 400 tot 700 nanometer (of miljardsten van een meter). Maar het volledige bereik van golflengten dat onder de definitie van elektromagnetische straling valt, strekt zich uit van 0,1 nanometer, zoals bij gammastralen, tot centimeters en meters, zoals bij radiogolven.

Lichtgolven zijn er ook in vele frequenties. De frequentie is het aantal golven dat een punt in de ruimte passeert gedurende een bepaald tijdsinterval, meestal een seconde. Wij meten deze in eenheden van cycli (golven) per seconde, of hertz. De frequentie van zichtbaar licht wordt kleur genoemd en varieert van 430 triljoen hertz, gezien als rood, tot 750 triljoen hertz, gezien als violet. Nogmaals, het volledige bereik van frequenties strekt zich uit tot buiten het zichtbare deel, van minder dan 3 miljard hertz, zoals bij radiogolven, tot meer dan 3 miljard miljard hertz (3 x 1019), zoals bij gammastralen.

De hoeveelheid energie in een lichtgolf is evenredig met de frequentie ervan: Licht met een hoge frequentie heeft veel energie; licht met een lage frequentie heeft weinig energie. Gammastralen hebben dus de meeste energie (mede daarom zijn ze zo gevaarlijk voor de mens), en radiogolven de minste. Van het zichtbare licht heeft violet de meeste energie en rood de minste. Het geheel van frequenties en energieën dat in bijgaande figuur is afgebeeld, wordt het elektromagnetisch spectrum genoemd. Merk op dat de figuur niet op schaal is getekend en dat zichtbaar licht slechts éénduizendste van een procent van het spectrum inneemt.

Dit zou het einde van de discussie kunnen zijn, ware het niet dat Albert Einstein versnellende lichtgolven niet kon laten liggen. Zijn werk in het begin van de 20e eeuw deed het oude idee herleven dat licht, heel misschien, toch een deeltje was.