Czym jest światło?

Na pytanie postawione tak śmiało w tytule rozdziału słownik, czy encyklopedia usłużnie nam podpowiedzą, że:
światło jest falą elektromagnetyczną.

Najczęściej też większość typowych źródeł dokładniej określi, że długość owej fali zawiera się w pobliżu połowy milionowej części metra (pół mikrometra).
To, że właśnie taka długość fali elektromagnetycznej jest przed ludzi widziana, wynika budowy i z specyficznych właściwości oka.
Okazuje się, że narządy wzroku niektórych zwierząt są w stanie rejestrować fale elektromagnetyczne, podobne pod wieloma względami do światła, jednak niewidzialne dla oka ludzkiego.

Inną dość ważną informacją jest fakt, że światło rozchodzi się w z ogromną prędkością - różną w w różnych przezroczystych ośrodkach materialnych, a największą w próżni (ok. 300 tys. km/s). Np. w szkle prędkość ta spada do wartości ok. 200 tys. km/s.

Jak przypuszcza autor tego tekstu, choć wszystko wyżej napisane jest prawdą, to zapewne i tak niewiele powie przeciętnemu obywatelowi kraju, w którym obowiązuje kolejny z najlepszych ustrojów politycznych. Bo ciągle będzie mu dźwięczało pytanie:
Ale "czym" właściwie jest to światło?
Niestety, natura światła wciąż jest pewną zagadką, jako że nie znamy w pełni natury "medium" owej fali elektromagnetycznej, czyli samego zjawiska elektromagnetyzmu, a do tego nie wszystkie aspekty ruchu falowego są zrozumiałe. A przecież „falowość” światła to tylko jeden aspekt jego natury – ma ono dodatkowo drugie swoje oblicze: kwantowo – korpuskularne (słowo „korpuskularny” jest trudne słowo do wymówienia, ale znacznie trudniejsze do zrozumienia od strony idei, którą ma wyrażać...), co z grubsza oznacza, że światło ma także cechy strumienia cząstek.

Wyobrażenie światła

Światło można sobie wyobrażać jako skrawek nieustannie pulsującego pola elektromagnetycznego. Skrawek ten z ogromną prędkością pędzi przez pustą przestrzeń, lub przez przezroczysty ośrodek materialny.
Co to jest pole elektromagnetyczne?
- Ogólnie – składa się ono z dwóch pól prostszych, ściśle sprzężonych ze sobą – z pola elektrycznego i pola magnetycznego.

Teraz o owych polach:

	Pole elektryczne rozpędza swobodne ładunki elektryczne, lub zakrzywia ich tor. W życiu codziennym z czystą postacią pola elektrycznego spotykamy się podczas czesania suchych włosów - gdy ruch grzebienia powoduje powstawanie iskier (więcej informacji o polu elektrycznym znajduje się w rozdziale Pole elektryczne).
	pole magnetyczne może wyłącznie zakrzywiać tor ładunku, ale może też działać siłą na przewodnik z prądem. Pole to jest wytwarzane przez przewodniki z prądem, poruszające się ładunki, a także magnesy trwałe.

I to właśnie dwa pola tego rodzaju, ściśle powiązane ze sobą, gdy zostają wysłane w przestrzeń, to będą w niej lecieć z prędkością prawie 300 tys. km/s (co oznacza, że odległość Ziemia – Księżyc przebywają w ciągu trochę ponad 1s). Pola te, w przypadku elektromagnetycznych fal widzialnych, zmieniają swój zwrot na przeciwny mniej więcej biliard (miliard milionów) razy na sekundę.
Jak gdzieś taka fala elektromagnetyczna napotka na swojej drodze ładunek elektryczny, to może nim trochę „potrząsnąć”, a w sprzyjających wypadkach takie potrząśnięcie wywoła kolejne efekty – np. przyspieszenie ładunku, reakcję fotochemiczną, wyrzucenie elektronu z ciała, w którym się znajdował i inne.

Widmo fal elektromagnetycznych, a światło

Światło - rozumiane jako ta część fal elektromagnetycznych, która jest odbierane przez oko człowieka - to tylko drobna część wszystkich możliwych fal elektromagnetycznych.
Zakres "pokrycia" różnymi rodzajami fal elektromagnetycznych promieniowania zawartego w danej wiązce, określa się jako "widmo promieniowania elektromagnetycznego".

Schematyczne przedstawienie widma promieniowania elektromagnetycznego

Światła w całym zakresie fal elektromagnetycznych produkowanych przez Słońce jest relatywnie dużo, ponieważ ludzkie oko dostosowało się w toku ewolucji tak, aby odbierać właśnie te fale, które są możliwie dobrze dostępne. Jednak mimo to, światło widzialne stanowi tylko drobną część powstających we wszechświecie fal elektromagnetycznych (co widać na rysunku), a pozostałego zakresu tych fal nasze oczy nie są w stanie zarejestrować.
Inne fale elektromagnetyczne (czyli te niewidzialne) różnią się od światła częstotliwością drgań i długością fali (więcej o tym, co to są fale można przeczytać w rozdziale Co to jest fala?).

A oto bardzo krótki opis różnych części widma fal elektromagnetycznych:

	Fale radiowe – „widzą” je anteny radiowe, telewizyjne, radioteleskopy.
	Mikrofale – są odbierane przez anteny telefonów komórkowych, satelitarne, radarowe. Fale tego rodzaju są też wytwarzane w kuchenkach mikrofalowych.
	Podczerwień jest ściśle związana promieniowaniem cieplnym, ponieważ wszystkie nagrzane ciała (do typowych w naszym otoczeniu temperatur) wytwarzają sporo podczerwieni. Ten zakres fal da się je odczuć przez skórę – np. gdy zbliżymy rękę do promiennika. Techniczne rejestrowanie tego rodzaju fal jest możliwe dzięki kamerom termowizyjnym i czujnikom podczerwieni.
	Światło - o nim było przed chwilą i będzie w innych rozdziałach (m.in. w Optyce, Teorii względności)...
	Ultrafiolet – opala (choć może wywołać raka skóry), dezynfekuje zabijając bakterie, ale przed jego nadmiarem warto chronić oczy i skórę (np. stosując filtry UV).
	Promieniowanie rentgenowskie – wytwarza się nie tylko w lampach rentgenowskich, bo sporo jest go np. w kosmosie i we wnętrzu monitora komputerowego CRT (na zewnątrz raczej się nie wydostaje, bo od zatrzymywania go są specjalne osłony). Promieniowanie rentgenowskie stosowane w nadmiarze na tkanki powoduje różne choroby (głównie nowotworowe).
	promieniowania gamma – wydobywa się z pierwiastków promieniotwórczych, nieosłoniętych części reaktorów jądrowych, dużo jest go w kosmosie. Dość dobrze przenika przez twardą (nieprzenikliwą dla zwykłego światła) materię. W nadmiarze promieniowanie to może wywoływać chorobę popromienną, lub być zabójcze dla tkanek.

Tyle o fizycznych właściwościach światła i podobnych mu fal. Na zakończenie trzeba jeszcze dodać, że bez względu na właściwości fizyczne, wszystkie rodzaje fal elektromagnetycznych rozchodzą się w próżni z jedną i tą samą prędkością, oznaczaną przez c.

Czym jest światło - podsumowanie

Podsumujmy podstawowe informacje o świetle:

jest ono falą elektromagnetyczną o długościach fali z zakresu od 0,39 μm do 0,74 μm.

bez względu na swoją długość fali (tak jak ogólnie wszystkie fale elektromagnetyczne) rozchodzi się w próżni z tą samą prędkością wynoszącą c= 299 792 458 m/s.

jest odbierane przez ludzki narząd wzroku - oko.

niesie ze sobą energię oraz informację.

może być w przybliżeniu opisywane prawami optyki geometrycznej.

Powiązania działów światło: Optyka geometryczna, Teoria względności, Najważniejsze stałe fizyczne, Pole elektryczne i elektromagnetyczne.