STRUKE:

svjetlost

ilustracija
SVJETLOST

svjetlost, elektromagnetsko zračenje koje, osim vidljivoga, u širem smislu, uključuje i ultraljubičasto i infracrveno zračenje. Vidljiva svjetlost sastoji se od dijela spektra elektromagnetskih valova u rasponu valnih duljina od 380 do 780 nm, koje ljudsko oko razlikuje kao boje, od ljubičaste s najmanjom do crvene s najvećom valnom duljinom. Kao i sve ostalo elektromagnetsko zračenje, svjetlost se širi konačnom brzinom (c), koja u vakuumu iznosi 299 792 458 m/s. U prozirnim materijalima ta se brzina mijenja u omjeru cmat = cvak/n, gdje je n indeks loma za određeni materijal. Indeks loma ovisi o frekvenciji svjetlosti i uvijek je veći od jedinice. Prema relativističkoj fizici brzina svjetlosti u vakuumu univerzalna je konstanta, jednaka u svim sustavima, bez obzira na njihovu relativnu brzinu. Ona je ujedno najveća moguća brzina širenja signala.

Osnovne su pojave vezane uz širenje svjetlosti: refleksija, refrakcija, ogib, interferencija i polarizacija svjetlosti. Refleksija i refrakcija svjetlosti nastaju kada zrake svjetlosti stignu na granicu dvaju optičkih sredstava različite optičke gustoće. Tada se dio svjetlosti reflektira, a dio lomi po zakonima refleksije i loma. Ogib je odstupanje od ravnocrtnoga širenja svjetlosti kada ona naiđe na zapreku, dok se interferencijom, koja nastaje kombinacijom svjetlosnih valova iz dvaju izvora, stvaraju tamnije i svjetlije plohe. Polarizacija svjetlosti je uređenje titranja električnoga i magnetskoga polja koje nastaje međudjelovanjem svjetlosti i tvari: refleksijom, dvolomom ili disperzijom. (→ optika)

Teorije o naravi svjetlosti razvijale su se i mijenjale kako su se otkrivale pojave o njezinu širenju. Kako bi objasnio ravnocrtno širenje svjetlosti i pojave refleksije i loma, Isaac Newton je 1672. pretpostavio da se svjetlost sastoji od roja sitnih čestica (korpuskularna teorija), koje se gibaju određenom brzinom. Newtonov autoritet zasjenio je gotovo istodobnu teoriju Christiaana Huygensa koja je svjetlosne pojave opisala s pomoću valnoga gibanja hipotetičnoga savršeno elastičnoga sredstva (valna teorija). Početkom XIX. st. otkrivene su interferencija i difrakcija svjetlosti (→ young, thomas; fresnel, augustin), a valna je teorija svjetlosti u nešto izmijenjenom obliku rehabilitirana jer su se te pojave mogle objasniti samo pretpostavkom o valnoj naravi svjetlosti. Mjerenjem brzine širenja svjetlosti u različitim prozirnim sredstvima (1849) ustanovljeno da se brzina svetlosti mijenja suprotno Newtonovim predviđanjima. Jedino je ostalo otvoreno pitanje hipotetičnoga sredstva, etera, kojim se valovi svjetlosti šire. Eter je morao biti bez mase, a ipak imati savršena elastična svojstva. Otkriće polarizacije svjetlosti uputilo je na vezu između svjetlosti i elektromagnetskih pojava.

Elektromagnetska teorija svjetlosti Jamesa Clerka Maxwella (1873) objasnila je sve do tada poznate pojave. Prema toj teoriji, svjetlost je elektromagnetski val vrlo visoke frekvencije, koji titra okomito na smjer vlastitoga širenja. Pokusi Heinricha Rudolfa Hertza (1886) pokazali su ispravnost Maxwellove teorije.

Wilhelm Hallwachs (1888) otkrio je da svjetlost, kada pada na metal, izbacuje elektrone iz njihovih stacionarnih stanja na površini metala. Philipp Lenard ustanovio je da se zakoni fotoelektričnog efekta ne mogu uskladiti s načelima valne teorije. Suprotno valnoj teoriji energija izbačenih elektrona bila je neovisna o svjetlosnoj jakosti, a razmjerna frekvenciji svjetlosti. Albert Einstein (1905) ponovno je postavio teoriju svjetlosti na korpuskularne temelje. Prema Einsteinu, svjetlost je roj čestica, fotona, kojih je energija dana Planckovom relacijom E = , gdje je h Planckova konstanta, a ν frekvencija. Fotoni su čestice svjetlosti kojima je masa mirovanja nula, a šire se brzinom svjetlosti.

Kvantna teorija svjetlosti objašnjava dualističku narav svjetlosti, koja se nedvojbeno pokazuje u pojavama interferencije i fotoelektričnog efekta. Prema toj teoriji svjetlost nastaje kvantnim prijelazima elektrona iz jednog energetskoga stanja u atomu (ili u kristalnoj rešetki) u drugo. Elektroni su u atomima raspoređeni po stanjima određene energije (kvantna stanja) i dok se nalaze u tim stanjima, ne emitiraju energiju. Pri prijelazu elektrona u kvantno stanje niže energije, razlika u energiji emitira se kao kvant elektromagnetskoga zračenja, E = . Vrsta emitiranoga zračenja ovisi o razlici energije početnog i konačnoga stanja. Ako je energetska razlika tolika da se frekvencija zračenja nalazi između 4 × 1014 i 8 × 1014 Hz, emitirana energija ima oblik vidljive svjetlosti. Na isti se način objašnjava i apsorpcija svjetlosti: kvant svjetlosti, predajući svoju energiju elektronu, prebacuje ga iz stanja niže u stanje više energije. Kako su samo neka energetska stanja u atomu moguća, jasno je da će svako tijelo apsorbirati upravo one frekvencije koje i samo emitira. Tako emitirani kvant energije širi se prostorom u obliku elektromagnetskoga vala. U kvantnoj teoriji svjetlosti procesi emisije i apsorpcije svjetlosti tumače se korpuskularno, dok se širenje svjetlosti i pojave povezane s time tumače valnom teorijom svjetlosti. Dualizam val – čestica proširen je i na tvar i temelj je shvaćanja prirode.

svjetlost. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 13.12.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=59121>.