Cahaya

Cahaya atau terlihat adalah radiasi elektromagnetik yang terlihat dengan mata manusia , dan bertanggung jawab untuk rasa penglihatan . ^[1] Cahaya tampak memiliki panjang gelombang dalam kisaran dari sekitar 380 nanometer sampai sekitar 740 nm, dengan rentang frekuensi dari sekitar 405 THz untuk 790 THz. Dalam fisika , cahaya istilah kadang-kadang mengacu pada radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang apapun, baik terlihat atau tidak. ^{[2] [3]}
Sifat utama dari cahaya intensitas , arah propagasi, frekuensi atau panjang gelombang spektrum , dan polarisasi , sementara kecepatan di ruang hampa, 299.792.458 meter per detik (sekitar 300.000 kilometer per detik), adalah salah satu dari konstanta fundamental alam.
Cahaya, yang dipancarkan dan diserap dalam kecil "paket" yang disebut foton , pameran properti kedua gelombang dan partikel . Properti ini disebut sebagai dualitas gelombang-partikel . Studi cahaya, yang dikenal sebagai optik , merupakan bidang penelitian yang penting dalam fisika modern.

Kecepatan cahaya

Artikel utama: Kecepatan cahaya

Kecepatan cahaya dalam vakum didefinisikan menjadi tepat 299.792.458 m / s (sekitar 186.282 mil per detik). Nilai tetap dari kecepatan cahaya dalam hasil SI unit dari fakta bahwa meteran sekarang didefinisikan dalam istilah kecepatan cahaya.
Berbeda fisikawan telah berusaha untuk mengukur kecepatan cahaya sepanjang sejarah. Galileo mencoba mengukur kecepatan cahaya pada abad ketujuh belas. Percobaan awal untuk mengukur kecepatan cahaya dilakukan oleh Ole Romer , seorang ahli fisika Denmark, pada 1676. Menggunakan teleskop , Ole mengamati gerakan Jupiter dan salah satu nya bulan , Io . Memperhatikan perbedaan dalam periode yang jelas dari orbit Io, Romer dihitung bahwa cahaya membutuhkan waktu sekitar 22 menit untuk melintasi diameter bumi orbit 's. ^[4] Sayangnya, ukurannya tidak diketahui pada waktu itu. Jika Ole tahu diameter orbit bumi, ia akan telah menghitung kecepatan 227.000.000 m / s.
Lain, lebih akurat, pengukuran kecepatan cahaya dilakukan di Eropa oleh Hippolyte Fizeau pada tahun 1849. Fizeau diarahkan seberkas cahaya pada cermin beberapa kilometer jauhnya. Sebuah berputar roda roda penggerak ditempatkan di jalur sinar seperti perjalanan dari sumber, untuk cermin dan kemudian kembali ke asalnya. Fizeau menemukan bahwa pada tingkat tertentu rotasi, balok akan melewati satu kesenjangan dalam roda pada jalan keluar dan kesenjangan berikutnya dalam perjalanan kembali. Mengetahui jarak ke cermin, jumlah gigi pada roda, dan tingkat rotasi, Fizeau mampu menghitung kecepatan cahaya sebagai 313.000.000 m / s.
Léon Foucault menggunakan percobaan yang digunakan cermin berputar untuk memperoleh nilai 298.000.000 m / s pada tahun 1862. Albert A. Michelson melakukan percobaan pada kecepatan cahaya dari 1877 sampai kematiannya pada tahun 1931. Dia menyempurnakan metode Foucault pada tahun 1926 menggunakan berputar ditingkatkan cermin untuk mengukur waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan perjalanan bulat dari Mt. Wilson ke Gunung. San Antonio di California . Pengukuran yang tepat menghasilkan kecepatan 299.796.000 m / s.
Dua tim independen dari fisikawan mampu membawa cahaya untuk macet lengkap dengan melewatkannya melalui Kondensat Bose-Einstein dari unsur rubidium , satu tim dipimpin oleh Dr Lene Vestergaard Hau dari Universitas Harvard dan Institut Rowland Sains di Cambridge, Mass , dan. yang lain oleh Dr Ronald L. Walsworth dan Dr Mikhail D. Lukin dari Pusat Harvard-Smithsonian untuk Astrofisika , juga di Cambridge. ^[5]

Spektrum elektromagnetik

Artikel utama: spektrum elektromagnetik

Spektrum elektromagnetik dengan cahaya disorot

Umumnya, radiasi EM ('radiasi' penunjukan termasuk listrik dan magnetik dan statis bidang dekat ) diklasifikasikan oleh panjang gelombang ke radio , microwave , inframerah , yang daerah tampak kita lihat sebagai cahaya, ultraviolet , sinar-X dan sinar gamma .
Perilaku radiasi EM tergantung pada panjang gelombang. Frekuensi yang lebih tinggi memiliki panjang gelombang lebih pendek, dan frekuensi yang lebih rendah memiliki panjang gelombang yang lebih lama. Ketika radiasi EM berinteraksi dengan atom tunggal dan molekul, perilaku tergantung pada jumlah energi per kuantum itu membawa.

Optik

Artikel utama: Optik

Studi tentang cahaya dan interaksi cahaya dan materi disebut optik . Pengamatan dan studi fenomena optik seperti pelangi dan aurora borealis menawarkan banyak petunjuk mengenai sifat cahaya serta kenikmatan banyak.

Pembiasan

Artikel utama: Refraksi

Contoh refraksi cahaya. Jerami muncul membungkuk, karena pembiasan cahaya karena memasuki cairan dari udara.

Refraksi adalah pembengkokan sinar cahaya ketika melewati permukaan bahan transparan antara satu dan lainnya. Hal ini dijelaskan oleh Hukum Snell :

di mana θ ₁ adalah sudut antara sinar dan permukaan yang normal dalam medium pertama, θ ₂ adalah sudut antara sinar dan permukaan normal dalam medium kedua, dan n ₁ dan n ₂ adalah indeks bias , n = 1 dalam vakum dan n> 1 di transparan substansi .
Ketika seberkas cahaya melintasi batas antara vakum dan media lain, atau antara dua media yang berbeda, panjang gelombang perubahan cahaya, tetapi frekuensi tetap konstan. Jika berkas cahaya tidak ortogonal (atau lebih tepatnya yang normal ) untuk batas, perubahan dalam hasil panjang gelombang dalam perubahan ke arah balok. Perubahan arah dikenal sebagai pembiasan .
Kualitas bias lensa sering digunakan untuk memanipulasi cahaya dalam rangka untuk mengubah ukuran gambar jelas. Magnifying kacamata , kacamata , lensa kontak , mikroskop dan teleskop pembiasan adalah contoh dari manipulasi ini.

Sumber cahaya

Lihat juga: Daftar sumber cahaya

Sebuah awan diterangi oleh sinar matahari

Ada banyak sumber cahaya . Sumber cahaya yang paling umum adalah termal: tubuh pada diberikan temperatur memancarkan spektrum karakteristik dari hitam-tubuh radiasi. Contohnya termasuk sinar matahari (radiasi yang dipancarkan oleh kromosfer dari Matahari sekitar 6.000 Kelvin puncak di daerah tampak dari spektrum elektromagnetik ketika digambarkan dalam satuan panjang gelombang ^[6] dan sekitar 40% dari sinar matahari terlihat), bola lampu pijar (yang memancarkan hanya sekitar 10% dari energi mereka sebagai cahaya tampak dan sisanya sebagai inframerah), dan partikel padat bercahaya dalam api . Puncak dari spektrum benda hitam adalah dalam inframerah untuk objek yang relatif dingin seperti manusia. Dengan naiknya suhu, puncak bergeser ke panjang gelombang lebih pendek, menghasilkan cahaya merah pertama, maka satu putih, dan akhirnya warna biru sebagai puncak bergerak keluar dari bagian terlihat spektrum dan ke ultraviolet. Warna-warna ini dapat dilihat ketika logam dipanaskan untuk "panas merah" atau "putih panas". Biru emisi termal tidak sering terlihat. Warna biru sering terlihat dalam gas api atau tukang las itu obor sebenarnya karena emisi molekul, terutama oleh radikal CH (memancarkan panjang gelombang band sekitar 425 nm).
Atom memancarkan dan menyerap energi cahaya pada karakteristik. Ini menghasilkan " garis-garis emisi "dalam spektrum setiap atom. Emisi dapat spontan , seperti pada dioda pemancar cahaya , pelepasan gas lampu (seperti lampu neon dan lampu-lampu neon , lampu uap merkuri , dll), dan api (cahaya dari gas panas itu sendiri-jadi, misalnya, natrium dalam nyala api gas memancarkan cahaya kuning karakteristik). Emisi juga dapat dirangsang , seperti dalam Laser atau microwave maser .
Perlambatan dari partikel bermuatan gratis, seperti elektron , dapat menghasilkan radiasi terlihat: siklotron radiasi , radiasi synchrotron , dan bremsstrahlung radiasi adalah contoh ini. Partikel bergerak melalui media lebih cepat dari kecepatan cahaya dalam medium yang dapat menghasilkan terlihat radiasi Cherenkov .
Bahan kimia tertentu menghasilkan radiasi terlihat oleh chemoluminescence . Pada makhluk hidup, proses ini disebut bioluminescence . Misalnya, kunang-kunang menghasilkan cahaya dengan cara ini, dan kapal bergerak melalui air dapat mengganggu plankton yang menghasilkan bangun bersinar.
Zat tertentu menghasilkan cahaya ketika mereka diterangi oleh radiasi energik lagi, sebuah proses yang dikenal sebagai fluoresensi . Beberapa zat memancarkan cahaya perlahan-lahan setelah eksitasi oleh radiasi yang lebih energik. Ini dikenal sebagai pendar .
Bahan berpendar juga bisa senang dengan membombardir mereka dengan partikel subatomik. Cathodoluminescence adalah salah satu contoh. Mekanisme ini digunakan dalam tabung sinar katoda televisi dan monitor komputer .

Sebuah kota yang diterangi oleh bola lampu

Mekanisme tertentu lainnya dapat menghasilkan cahaya:

• kilau
• electroluminescence
• sonoluminescence
• triboluminescence
• Radiasi Cherenkov

Ketika konsep cahaya dimaksudkan untuk mencakup sangat-foton energi tinggi (sinar gamma), generasi mekanisme tambahan meliputi:

• Pembusukan radioaktif
• Partikel- antipartikel pemusnahan

Unit dan langkah-langkah

Artikel utama: fotometri (optik) dan radiometri

Cahaya diukur dengan dua set alternatif utama unit: radiometri terdiri dari pengukuran daya cahaya pada semua panjang gelombang, sementara fotometri cahaya dengan panjang gelombang tindakan tertimbang sehubungan dengan model standar persepsi kecerahan manusia. Fotometri berguna, misalnya, untuk mengukur Iluminasi (pencahayaan) dimaksudkan untuk digunakan manusia. Unit SI untuk kedua sistem dirangkum dalam tabel berikut.

[ sunting ]

SI radiometri unit

Kuantitas	Simbol	SI Unit	Abbr.	Catatan
Radiant energi	T	joule	J	energi
Radiant fluks	Φ	watt	W	energi radiasi per satuan waktu, juga disebut daya radiasi
Radiant intensitas	Aku	watt per steradian	W · sr -1	daya per satuan sudut yang solid
Cahaya	L	watt per steradian per meter persegi	W · sr -1 · m -2	daya per satuan sudut padat per projected unit daerah sumber. disebut intensitas dalam beberapa bidang studi lain.
Irradiance	E, saya	watt per meter persegi	W · m -2	daya datang pada permukaan. kadang-kadang membingungkan disebut " intensitas ".
Radiant exitance / Radiant daya pancar	M	watt per meter persegi	W · m -2	daya yang dipancarkan dari permukaan.
Radiositas	J atau J λ	watt per meter persegi	W · m -2	ditambah dipancarkan tercermin listrik meninggalkan permukaan
Spektral cahaya	L λ atau L ν	watt per steradian per meteran 3 atau watt per steradian per persegi meter per hertz	W · sr -1 · m -3 atau W · sr -1 · m -2 ° Hz -1	biasanya diukur dalam W · sr -1 · m -2 ° nm -1
Spektral radiasi	E λ atau E ν	watt per meter 3 atau watt per meter persegi per hertz	W · m -3 atau W · m -1 -2 ° Hz	biasanya diukur dalam W · m -1 -2 ° nm atau 10 -22 W · m -1 -2 ° Hz, dikenal sebagai Unit Flux Solar (SFU) [unit SI radiometri 1]

1. ^ NOAA / Ruang Prediksi Cuaca Pusat mencakup definisi unit fluks surya

Fotometri SI unit v · d · e

Kuantitas	Simbol	Satuan SI	Abbr.	Catatan
Luminous energi	Q v	lumen kedua	lm ° S	unit kadang-kadang disebut Talbots
Luminous flux	F	lumen (= cd · sr )	lm	juga disebut daya bercahaya
Luminous intensitas	Saya v	candela (= lm / sr)	CD	sebuah unit dasar SI
Luminance	L v	candela per meter persegi	cd / m 2	unit kadang-kadang disebut "kutu"
Pencahayaan	E v	lux (= lm / m 2)	lx	Digunakan untuk insiden cahaya pada permukaan
Luminous daya pancar	M v	lux (= lm / m 2)	lx	Digunakan untuk cahaya yang dipancarkan dari permukaan
Luminous efficacy		lumen per watt	lm / W	rasio fluks cahaya untuk fluks bercahaya
Lihat juga SI · fotometri · radiometri

Unit fotometri berbeda dari kebanyakan sistem unit fisik dalam bahwa mereka mempertimbangkan bagaimana mata manusia merespon terhadap cahaya. The sel kerucut di mata manusia ada tiga jenis yang merespon secara berbeda di seluruh spektrum terlihat, dan puncak respon kumulatif pada panjang gelombang 555 nm sekitar. Oleh karena itu, dua sumber cahaya yang menghasilkan intensitas yang sama (W / m ²⁾ dari cahaya tampak tidak selalu muncul sama cerah. Unit fotometri dirancang untuk mempertimbangkan ini, dan oleh karena itu representasi yang lebih baik tentang bagaimana "terang" muncul cahaya menjadi daripada intensitas mentah. Mereka berhubungan dengan baku listrik dengan besaran yang disebut keberhasilan bercahaya , dan digunakan untuk tujuan seperti menentukan cara terbaik untuk mencapai pencahayaan yang memadai untuk berbagai tugas dalam pengaturan indoor dan outdoor. Penerangan diukur oleh photocell sensor tidak selalu sesuai dengan apa yang dirasakan oleh mata manusia, dan tanpa filter yang mungkin mahal, photocells dan charge-coupled device (CCD) cenderung untuk menanggapi beberapa inframerah , ultraviolet atau keduanya.

Cahaya tekanan

Artikel utama: tekanan Radiasi

Cahaya memberikan tekanan fisik pada benda-benda di jalan, sebuah fenomena yang dapat disimpulkan oleh persamaan Maxwell, tetapi dapat lebih mudah dijelaskan dengan sifat partikel cahaya: foton mogok dan mentransfer momentum mereka. Tekanan ringan sama dengan kekuatan sinar dibagi dengan c , kecepatan cahaya.   Karena besarnya c, efek tekanan cahaya diabaikan untuk benda sehari-hari.   Misalnya, satu- milliwatt laser pointer memberikan gaya dari sekitar 3,3 piconewtons pada obyek yang diterangi, dengan demikian, orang bisa lift U.   S. sen dengan laser pointer, namun hal ini akan membutuhkan sekitar 30 miliar 1-mW pointer laser. ^[7]   Namun, dalam nanometer skala aplikasi seperti NEMS , efek tekanan cahaya lebih menonjol, dan mengeksploitasi tekanan ringan untuk mendorong mekanisme NEMS dan sandal skala nanometer switch fisik dalam sirkuit terpadu merupakan bidang penelitian aktif. ^[8]
Pada skala yang lebih besar, tekanan ringan dapat menyebabkan asteroid berputar lebih cepat, ^[9] yang bekerja pada mereka sebagai bentuk yang tidak beraturan pada baling-baling dari sebuah kincir angin .   Kemungkinan untuk membuat layar surya yang akan mempercepat pesawat ruang angkasa di ruang angkasa juga sedang diselidiki. ^{[10] [11]}
Meskipun gerakan radiometer Crookes awalnya dikaitkan dengan tekanan ringan, penafsiran ini tidak benar;. rotasi Crookes karakteristik adalah hasil dari vakum parsial ^[12] Hal ini tidak harus bingung dengan radiometer Nichols , di mana gerakan langsung disebabkan oleh tekanan cahaya. ^[13]

Sejarah teori-teori tentang cahaya, dalam urutan kronologis

Hindu dan Budha teori

Di India kuno , yang Hindu sekolah Samkhya dan Vaisheshika , dari sekitar abad 6 SM-5, yang dikembangkan teori tentang cahaya. Menurut sekolah Samkhya, cahaya adalah salah satu dari lima dasar "halus" elemen (tanmatra) dari yang muncul unsur-unsur kotor. Para atomicity elemen ini tidak secara khusus disebutkan dan tampak bahwa mereka benar-benar dibawa ke kontinu.
Di sisi lain, sekolah Vaisheshika memberikan teori atom dari dunia fisik di tanah non-atom eter , ruang dan waktu. (Lihat atomisme India .) Atom-atom dasar adalah bumi (prthivı), air (pani), api (agni), dan udara (vayu), yang tidak harus bingung dengan arti biasa dari istilah-istilah. Atom-atom ini diambil untuk membentuk molekul biner yang menggabungkan lebih lanjut untuk membentuk molekul yang lebih besar. Gerak didefinisikan dalam hal gerakan atom fisik dan tampak bahwa itu adalah diambil untuk menjadi non-instan. Sinar cahaya yang dianggap aliran kecepatan tinggi tejas (api) atom. Partikel cahaya dapat menunjukkan karakteristik yang berbeda tergantung pada kecepatan dan pengaturan dari atom tejas. Sekitar abad pertama SM, yang Vishnu Purana mengacu pada sinar matahari sebagai "tujuh sinar matahari".
India Buddhis , seperti Dignāga pada abad ke-5 dan Dharmakirti di abad ke-7, mengembangkan jenis atomisme yang merupakan filsafat tentang realitas yang terdiri dari entitas atom yang berkedip sesaat cahaya atau energi. Mereka dipandang ringan sebagai suatu entitas atom setara dengan energi, mirip dengan konsep modern foton , meskipun mereka juga dipandang sebagai semua materi terdiri dari cahaya / energi partikel.
Hal ini tertulis dalam Rgveda bahwa cahaya terdiri dari tiga warna primer. "Mencampur tiga warna, kamu telah menghasilkan semua benda terlihat!" ^[14]

Yunani dan Helenistik teori

Pada abad kelima SM, Empedokles mendalilkan bahwa segala sesuatu itu terdiri dari empat elemen , api, udara, bumi dan air. Dia percaya bahwa Aphrodite membuat mata manusia dari empat unsur dan bahwa dia menyalakan api di mata yang bersinar keluar dari mata membuat mata mungkin. Jika ini benar, maka orang bisa melihat pada malam hari sama seperti siang hari, sehingga Empedokles didalilkan interaksi antara sinar dari mata dan sinar dari sumber seperti matahari.
Pada sekitar 300 SM, Euclid menulis Optica, di mana ia mempelajari sifat-sifat cahaya. Euclid mendalilkan bahwa cahaya perjalanan di garis lurus dan ia menggambarkan hukum refleksi dan mempelajarinya matematis. Dia mempertanyakan bahwa pandangan adalah hasil dari sinar dari mata, karena ia bertanya bagaimana seseorang melihat bintang-bintang segera, jika seseorang menutup mata seseorang, kemudian membuka mereka di malam hari. Tentu saja jika sinar dari mata perjalanan tak terbatas secepat ini tidak menjadi masalah.
Pada 55 SM, Lucretius , seorang Romawi yang dilakukan pada ide-ide Yunani sebelumnya atomis , menulis:
"Cahaya & panas dari matahari, ini adalah terdiri dari atom menit yang, ketika mereka mendorong off, kehilangan waktu dalam penembakan tepat di seberang lempeng udara di arah yang diberikan oleh mendorongku." - Pada sifat alam semesta
Meskipun serupa dengan teori partikel kemudian, pandangan Lucretius itu tidak berlaku umum.
Ptolemy (c. abad ke-2) menulis tentang refraksi cahaya di Optik bukunya. ^[15]

Fisik teori

René Descartes (1596-1650) menyatakan bahwa cahaya adalah mekanik milik tubuh bercahaya, menolak "bentuk" dari Ibn al-Haytham dan Witelo serta "spesies" dari Bacon , Grosseteste , dan Kepler . ^[16] Dalam 1637 ia menerbitkan sebuah teori tentang pembiasan cahaya yang diasumsikan, salah, cahaya yang melakukan perjalanan lebih cepat di medium padat daripada di media kurang padat. Descartes sampai pada kesimpulan ini dengan analogi dengan perilaku suara gelombang. ^{[ rujukan? ]} Meskipun Descartes adalah salah tentang kecepatan relatif, ia benar dalam asumsi cahaya yang berperilaku seperti gelombang dan dalam menyimpulkan refraksi yang dapat dijelaskan oleh kecepatan cahaya dalam media yang berbeda.
Descartes bukanlah yang pertama untuk menggunakan analogi mekanis tetapi karena ia dengan jelas menyatakan bahwa cahaya adalah hanya properti mekanik dari tubuh bercahaya dan media transmisi, teori Descartes cahaya dianggap sebagai awal dari optik fisik modern. ^[17]

Teori Partikel

Artikel utama: Teori corpuscular cahaya

Pierre Gassendi .

Pierre Gassendi (1592-1655), seorang atomist, mengusulkan teori partikel cahaya yang diterbitkan secara anumerta pada 1660-an. Isaac Newton mempelajari karya Gassendi di usia dini, dan lebih suka pandangannya terhadap teori Descartes 'dari sidang pleno. Dia menyatakan dalam Hipotesis tentang Terang 1675 bahwa cahaya adalah terdiri dari sel-sel (partikel materi) yang dipancarkan ke segala arah dari sumber. Salah satu argumen Newton terhadap sifat gelombang cahaya adalah gelombang dikenal menekuk sekitar hambatan, sedangkan cahaya hanya perjalanan di garis lurus. Dia, bagaimanapun, menjelaskan fenomena difraksi cahaya (yang telah diamati oleh Francesco Grimaldi ) dengan memungkinkan bahwa partikel cahaya bisa menciptakan gelombang lokal dalam eter .
Teori Newton dapat digunakan untuk memprediksi pantulan cahaya, tetapi hanya bisa menjelaskan pembiasan oleh salah mengasumsikan bahwa cahaya dipercepat saat memasuki padat menengah karena gravitasi tarik lebih besar. Newton menerbitkan versi final dari teorinya dalam bukunya Opticks dari 1704. Reputasinya membantu teori partikel cahaya untuk memegang kekuasaan selama abad ke-18. Teori partikel cahaya yang dipimpin Laplace untuk membantah bahwa tubuh bisa begitu besar bahwa cahaya tidak bisa lepas dari itu. Dengan kata lain itu akan menjadi apa yang sekarang disebut lubang hitam . Laplace menarik saran ketika teori gelombang cahaya mapan. Sebuah terjemahan dari esainya muncul dalam skala besar struktur ruang-waktu, oleh Stephen Hawking dan George FR Ellis .

Teori gelombang

Artikel utama: gelombang elektromagnetik

Pada 1660-an, Robert Hooke menerbitkan sebuah gelombang teori cahaya. Christiaan Huygens berhasil gelombang sendiri teori cahaya pada 1678, dan diterbitkan dalam Treatise pada cahaya pada tahun 1690. Dia mengusulkan bahwa cahaya dipancarkan ke segala arah sebagai serangkaian gelombang dalam suatu media yang disebut luminiferous eter . Sebagai gelombang tidak terpengaruh oleh gravitasi, diasumsikan bahwa mereka melambat saat memasuki medium yang lebih padat.

Thomas Young 's sketsa percobaan dua celah menunjukkan difraksi cahaya. Percobaan Young mendukung teori bahwa cahaya terdiri dari gelombang.

Teori gelombang cahaya meramalkan bahwa gelombang dapat mengganggu satu sama lain seperti suara gelombang (seperti dicatat sekitar 1800 oleh Thomas Young ), dan cahaya yang dapat terpolarisasi , jika itu adalah gelombang transversal . Muda menunjukkan dengan cara eksperimen difraksi cahaya berperilaku sebagai gelombang. Dia juga mengusulkan bahwa yang berbeda warna disebabkan oleh berbagai panjang gelombang cahaya, dan menjelaskan visi warna dalam tiga berwarna reseptor di mata.
Lain pendukung teori gelombang itu Leonhard Euler . Dia berargumen di Nova theoria Lucis et colorum (1746) yang difraksi dapat lebih mudah dijelaskan oleh teori gelombang.
Kemudian, Augustin-Jean Fresnel independen bekerja keluar gelombang sendiri teori cahaya, dan disajikan ke Académie des Sciences pada tahun 1817. Simeon Denis Poisson ditambahkan untuk bekerja matematika Fresnel untuk menghasilkan argumen yang meyakinkan yang mendukung teori gelombang, membantu untuk membatalkan Newton sel hidup teori. Pada tahun 1821, Fresnel mampu menunjukkan melalui metode matematika bahwa polarisasi dapat dijelaskan hanya dengan teori gelombang cahaya dan hanya jika cahaya yang seluruhnya melintang, tanpa getaran membujur apapun.
Kelemahan teori gelombang adalah bahwa gelombang cahaya, seperti gelombang suara, akan membutuhkan media untuk transmisi. Sebuah substansi hipotetis disebut luminiferous aether telah diusulkan, namun keberadaannya telah dilemparkan ke dalam keraguan yang kuat di akhir abad kesembilan belas oleh percobaan Michelson-Morley .
Teori sel Newton tersirat bahwa cahaya akan berjalan lebih cepat dalam medium padat, sedangkan teori gelombang Huygens dan lain tersirat sebaliknya. Pada saat itu, kecepatan cahaya tidak dapat diukur cukup akurat untuk memutuskan yang teori itu benar. Yang pertama untuk membuat pengukuran yang cukup akurat adalah Léon Foucault , pada tahun 1850. ^[18] hasilnya Nya mendukung teori gelombang, dan teori partikel klasik akhirnya ditinggalkan.

Teori elektromagnetik

Artikel utama: Elektromagnetisme

Sebuah terpolarisasi linier gelombang cahaya membeku dalam waktu dan menunjukkan dua komponen osilasi cahaya, sebuah medan listrik dan medan magnet tegak lurus satu sama lain dan terhadap arah gerak (a gelombang transversal ).

Pada 1845, Michael Faraday menemukan bahwa bidang polarisasi dari cahaya terpolarisasi linier diputar ketika sinar cahaya perjalanan sepanjang medan magnet arah adanya transparan dielektrik , efek sekarang dikenal sebagai rotasi Faraday . ^[19] Ini adalah yang pertama bukti bahwa cahaya berhubungan dengan Elektromagnetisme . Pada 1846 ia berspekulasi bahwa cahaya mungkin beberapa bentuk gangguan menyebarkan sepanjang garis-garis medan magnet. ^[20] Faraday mengusulkan pada tahun 1847 bahwa cahaya adalah elektromagnetik frekuensi tinggi getaran, yang dapat merambat bahkan dalam adanya media seperti ether.
Faraday bekerja terinspirasi James Clerk Maxwell untuk mempelajari radiasi elektromagnetik dan cahaya. Maxwell menemukan bahwa diri menyebarkan gelombang elektromagnetik akan melakukan perjalanan melalui ruang pada kecepatan konstan, yang kebetulan sama dengan kecepatan cahaya diukur sebelumnya. Dari ini, Maxwell menyimpulkan bahwa cahaya adalah bentuk dari radiasi elektromagnetik: ia pertama kali menyatakan hasil ini pada 1862 dalam On Garis Fisik Angkatan. Pada 1873, ia menerbitkan A risalah pada Listrik dan Magnetisme , yang berisi deskripsi matematis penuh dari perilaku medan listrik dan magnet, masih dikenal sebagai persamaan Maxwell . Segera setelah itu, Heinrich Hertz dikonfirmasi teori Maxwell eksperimen dengan menghasilkan dan mendeteksi radio gelombang di laboratorium, dan menunjukkan bahwa gelombang berperilaku persis seperti cahaya tampak, yang menunjukkan sifat seperti refleksi, refraksi, difraksi, dan interferensi. Teori Maxwell dan eksperimen Hertz dipimpin langsung untuk pengembangan radio modern, radar, televisi, pencitraan elektromagnetik, dan komunikasi nirkabel.

Teori relativitas khusus

Artikel utama: Teori Khusus Relativitas

Albert Einstein telah mengusulkan Teori relativitas .

Teori gelombang berhasil menjelaskan hampir semua fenomena optik dan elektromagnetik, dan merupakan kemenangan besar fisika abad kesembilan belas. Pada akhir abad kesembilan belas, bagaimanapun, beberapa anomali yang tidak tetap eksperimental dapat dijelaskan oleh atau berada dalam konflik langsung dengan teori gelombang. Salah satu anomali yang terlibat kontroversi atas kecepatan cahaya. Kecepatan cahaya yang konstan diramalkan oleh persamaan Maxwell dan dikonfirmasi oleh percobaan Michelson-Morley bertentangan dengan hukum-hukum mekanis gerakan yang telah tertandingi sejak zaman Galileo , yang menyatakan bahwa semua kecepatan yang relatif terhadap kecepatan pengamat. Pada tahun 1905, Albert Einstein diselesaikan paradoks ini dengan mengusulkan bahwa ruang dan waktu tampak entitas berubah, yang menyumbang keteguhan dari kecepatan cahaya. Einstein juga mengusulkan mendasar yang sebelumnya tidak dikenal kesetaraan antara energi dan massa dengan persamaan terkenal

di mana E adalah energi, m adalah, tergantung pada konteks, massa diam atau massa relativistik , dan c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa.

Partikel Teori revisited

Keanehan lain adalah eksperimen efek fotolistrik , dimana cahaya mencolok permukaan logam dikeluarkan elektron dari permukaan, menyebabkan arus listrik mengalir melintasi diterapkan tegangan . Pengukuran eksperimental menunjukkan bahwa energi elektron dikeluarkan individu sebanding dengan frekuensi , bukan intensitas , cahaya. Selanjutnya, di bawah frekuensi minimum tertentu, yang tergantung pada logam tertentu, tidak ada arus akan mengalir tanpa intensitas. Pengamatan ini tampaknya bertentangan dengan teori gelombang, dan selama bertahun-tahun fisikawan sia-sia mencoba untuk menemukan penjelasan. Pada tahun 1905, Einstein memecahkan teka-teki ini juga, kali ini oleh membangkitkan teori partikel cahaya untuk menjelaskan efek yang diamati. Karena dominan bukti yang mendukung teori gelombang, bagaimanapun, ide-ide Einstein awalnya disambut dengan skeptis besar di antara fisikawan didirikan. Tapi akhirnya penjelasan Einstein tentang efek fotolistrik akan menang, dan akhirnya membentuk dasar untuk Dualitas gelombang-partikel dan banyak dari mekanika kuantum .

Teori kuantum

Sebuah anomali ketiga yang muncul di akhir abad 19 yang terlibat kontradiksi antara teori gelombang cahaya dan pengukuran dari spektrum elektromagnetik yang dipancarkan oleh radiator termal, atau yang disebut tubuh hitam . Fisikawan berjuang dengan masalah ini, yang kemudian dikenal sebagai bencana ultraviolet , tidak berhasil selama bertahun-tahun. Pada tahun 1900, Max Planck mengembangkan teori baru -tubuh hitam radiasi yang menjelaskan spektrum diamati. Teori Planck didasarkan pada gagasan bahwa tubuh hitam memancarkan cahaya (dan radiasi elektromagnetik lainnya) hanya sebagai bundel diskrit atau paket energi . Paket ini disebut quanta , dan partikel cahaya diberi nama foton , agar sesuai dengan partikel lain yang dijelaskan sekitar waktu ini, seperti elektron dan proton . Sebuah foton memiliki energi, E, sebanding dengan frekuensi, f, oleh

di mana h adalah konstanta Planck , λ adalah panjang gelombang dan c adalah kecepatan cahaya . Demikian juga, p momentum foton juga sebanding dengan frekuensi dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang:

Seperti awalnya berdiri, teori ini tidak menjelaskan gelombang dan partikel-seperti sifat simultan cahaya, meskipun Planck kemudian bekerja pada teori-teori yang tidak. Pada tahun 1918, Planck menerima Hadiah Nobel dalam Fisika untuk bagian dalam pendirian teori kuantum.

Dualitas gelombang-partikel

The modern theory that explains the nature of light includes the notion of wave–particle duality , described by Albert Einstein in the early 1900s, based on his study of the photoelectric effect and Planck's results. Einstein asserted that the energy of a photon is proportional to its frequency . More generally, the theory states that everything has both a particle nature and a wave nature, and various experiments can be done to bring out one or the other. The particle nature is more easily discerned if an object has a large mass, and it was not until a bold proposition by Louis de Broglie in 1924 that the scientific community realised that electrons also exhibited wave–particle duality. The wave nature of electrons was experimentally demonstrated by Davisson and Germer in 1927. Einstein received the Nobel Prize in 1921 for his work with the wave–particle duality on photons (especially explaining the photoelectric effect thereby), and de Broglie followed in 1929 for his extension to other particles.

Quantum electrodynamics

Main article: Quantum electrodynamics

The quantum mechanical theory of light and electromagnetic radiation continued to evolve through the 1920s and 1930s, and culminated with the development during the 1940s of the theory of quantum electrodynamics , or QED. This so-called quantum field theory is among the most comprehensive and experimentally successful theories ever formulated to explain a set of natural phenomena. QED was developed primarily by physicists Richard Feynman , Freeman Dyson , Julian Schwinger , and Shin-Ichiro Tomonaga . Feynman, Schwinger, and Tomonaga shared the 1965 Nobel Prize in Physics for their contributions.

Spirituality

Further information: Light and darkness and Light of the World

An intricate display for the feast of St. Thomas at Kallara Pazhayapalli in Kottayam, Kerala , India .

The term light has been used in spirituality ( vision , enlightenment , darshan , Tabor Light ). Bible commentators such as Ritenbaugh see the presence of light as a metaphor of truth , good and evil , knowledge and ignorance . ^{[ 21 ]} In the first Chapter of the Bible, Elohim is described as creating light by fiat and seeing the light to be good. In Eastern religion, Diwali — the festival of lights — is a celebration of the victory of light over darkness. ^{[ 22 ]} A mantra in Bṛhadāraṇyaka Upaniṣad (1.3.28) urges God to 'from darkness, lead us unto Light'.