Hur ljuset fungerar

När Maxwell introducerade begreppet elektromagnetiska vågor, föll allt på plats. Forskarna kunde nu utveckla en komplett arbetsmodell för ljuset med hjälp av termer och begrepp som våglängd och frekvens, baserat på vågornas struktur och funktion. Enligt denna modell finns ljusvågor i många olika storlekar. Storleken på en våg mäts som dess våglängd, som är avståndet mellan två motsvarande punkter på på varandra följande vågor, vanligtvis topp till topp eller dal till dal. Våglängden för det ljus som vi kan se varierar mellan 400 och 700 nanometer (eller miljarddelar av en meter). Men hela det område av våglängder som ingår i definitionen av elektromagnetisk strålning sträcker sig från 0,1 nanometer, som i gammastrålar, till centimeter och meter, som i radiovågor.

Ljusvågor finns också i många olika frekvenser. Frekvensen är det antal vågor som passerar en punkt i rummet under ett tidsintervall, vanligtvis en sekund. Vi mäter den i enheter av cykler (vågor) per sekund, eller hertz. Frekvensen för synligt ljus kallas färg och sträcker sig från 430 biljoner hertz, som ses som rött, till 750 biljoner hertz, som ses som violett. Återigen sträcker sig hela frekvensområdet utanför den synliga delen, från mindre än 3 miljarder hertz, som i radiovågor, till mer än 3 miljarder miljarder hertz (3 x 1019), som i gammastrålar.

Mängden energi i en ljusvåg är proportionellt relaterad till dess frekvens: Ljus med hög frekvens har hög energi, ljus med låg frekvens har låg energi. Så gammastrålar har mest energi (en del av det som gör dem så farliga för människor) och radiovågor har minst energi. Av det synliga ljuset har violett ljus mest energi och rött ljus minst energi. Hela det område av frekvenser och energier som visas i den bifogade figuren kallas det elektromagnetiska spektrumet. Observera att figuren inte är ritad i skala och att synligt ljus endast upptar en tusendels procent av spektrumet.

Detta skulle kunna vara slutet på diskussionen, förutom att Albert Einstein inte kunde låta snabba ljusvågor ligga. Hans arbete i början av 1900-talet återupplivade den gamla idén att ljuset, kanske, trots allt var en partikel.