Šíření světla

Ani dnes, ve světě vyspělé techniky nemůže přesně vyjádřit jakým způsobem se světlo šíří. Dříve se většina vědců zastávala názoru, že se světlo pohybuje spíše ve krátkých vlnách, než jako letící částice. V dnešní době se přikláníme k názoru, že se světlo může šířit oběma jmenovanými způsoby. Tudíž je nejlogičtější o něm přemýšlet jako o kmitajících dávkách energie.

Lom světla

Lom světla je optický jev, ke kterému dochází na rozhraní dvou prostředí, kterými světlo prochází. Je důsledkem různých rychlostí šíření světla v různých prostředích a kromě světla platí pro veškeré elektromagnetické záření. Pokud se vlnění dostane k rozhraní dvou prostředí, ve kterých má vlnění různou fázovou rychlost, může dojít při průchodu vlnění tímto rozhraním ke změně směru šíření vlnění. Tento jev se označuje jako lom vlnění (nebo také refrakce). Lom vlnění je obecná vlastnost vlnění vycházející z Huygensova principu. Podle tohoto principu předpokládáme, že v každém okamžiku lze každý bod na čele šířící se vlny chápat jako nový zdroj vlnění. Nový tvar čela vlny v čase o malý okamžik pozdějším lze pak určit jako vnější obálku vln, šířících se z těchto zdrojů. Zpomalení světla oproti jeho rychlosti ve vakuu popisuje index lomu:



c.........rychlost světla ve vakuu
v.........rychlost světla v daném prostředí

Když světlo přechází z jednoho materiálu do jiného, jeho frekvence zůstává stejná, ale mění se vlnová délka. Protože index lomu závisí u většiny látek i na frekvenci světla, můžeme díky lomu na rozhraních bílé světlo rozkládat na jeho barevné složky, například pomocí hranolu. Obdobně duha vzniká v důsledku lomu slunečního záření na vodních kapkách v atmosféře.

Voda a vzduch propouštějí světlo – ale ne zcela shodně a stejnou měrou. Tento malý rozdíl je příčinou toho, že světlo vypadá mnohdy zlomené – např. když dopadá světelný paprsek do sklenice s vodou.

Tabulka indexu lomu látky, který udává, kolikrát je rychlost světla v látce menší, než rychlost světla ve vaku:

vakuum1led1,31
voda1,33olej1,47 - 1,50
sklo1,51 - 1,76diamant2,42

Fata morgána

Vyčerpaní pocestní na rozpálené poušti často podlehnou přesvědčení, že vidí oázu (úrodnou plochu, kam se na povrch prodírá voda). Oáza se zjevuje na horizontě, ale když k ní poutníci pospíchají, oáza zmizí. To, co ve skutečnosti viděli, je pouze optický klam, zvaný fata morgána. Oáza sice existuje, ale leží za horizontem. Světlo z oázy se odráží a láme (ohýbá) ve vrstvě horkého vzduchu ležícího blízko při zemi, takže vzniká dojem, že je oáza blíž než skutečně je.

Rychlost světla

Rychlost světla ve vakuu

Ve vakuu má světlo přesně definovou rychlost, a to 299 792 458 metrů za sekundu (1 079 252 848,8 km/h). Označujeme ji jako c (pravděpodobně z latinského celeritas, což znamená rychlost). Touto rychlostí získáváme přirozený poměr měřítek prostoru a času a je nejvyšší možnou rychlostí šíření signálu.

Rychlost světla v jiných prostředích

V látkových prostředích se světlo skutečně pohybuje pomaleji a to tím pomaleji, čím větší je index lomu daného prostředí. Zatím ve vakuu se světlo šíří rychlostí 299 792 458 m/s, například ve vodě je to už jenom něco málo přes 225 000 000 m/s. Princip konstantní rychlosti světla (c = 299 792 458 m/s), platí pouze ve vakuu, v látkovém prostředí může (a je) jeho rychlost menší. Nic hmotného se nemůže pohybovat ani stejně rychle ani rychleji než světlo ve vakuu, což ale vůbec neznamená, že by se to nemohlo pohybovat rychlostí vyšší, než je rychlost světla v daném prostředí. Pokud tedy například urychlíme elektron či třeba neutron na rychlost 99% c a strefíme se s ním do vody (přičemž rychlost světla ve vodě je zhruba 75% c), bude se tato částice pohybovat výrazně rychleji, než světlo v daném prostředí. Pohybující se částice při tom bude emitovat tzv. Čerenkovovo záření. Čerenkovovo záření (někdy též Čerenkovův efekt) bylo poprve pozorováno již roku 1934 ruským fyzikem Pavlem Alexejevičem Čerenkovem (1904-1990).