Преглед на кода на Светлина

{{към пояснение|Светлина|Светлина (пояснение)}}

[[Файл:USA Antelope-Canyon.jpg|мини|260п|Лъч светлина в [[Каньон на антилопата]], САЩ]]
'''Светлината''' е [[електромагнитно излъчване]] с дължина на вълната във [[видим спектър|видимия]] за човешкото [[око]] диапазон на електромагнитния спектър, приблизително от 400 до 750 [[nm]].<ref>{{Ref-lang|en}} ''CIE'' (1987). [http://www.cie.co.at/publ/abst/17-4-89.html ''International Lighting Vocabulary''] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100227034508/http://www.cie.co.at/publ/abst/17-4-89.html|date=2010-02-27}}. Number 17.4. CIE, 4th edition. ISBN 978-3-900734-07-7. Според този речник дефиницията за светлина е: „Всяко излъчване, което предизвиква директно визуално усещане“</ref> Понякога към понятието светлина се включват и [[инфрачервени лъчи|инфрачервените]] и [[ултравиолетови лъчи|ултравиолетовите лъчи]].<ref>{{Ref-lang|en}} {{Cite web | title = Camera lenses: from box camera to digital | author = Gregory Hallock Smith | publisher = SPIE Press | year = 2006 | isbn = 9780819460936 | page = 4 | url = http://books.google.com/?id=6mb0C0cFCEYC&pg=PA4 }}</ref><ref>{{Ref-lang|en}} {{Cite web | title = Comprehensive Physics XII | author = Narinder Kumar | publisher = Laxmi Publications | year = 2008 | isbn = 9788170085928 | page = 1416 | url = http://books.google.com/?id=IryMtwHHngIC&pg=PA1416#v=onepage&q= }}</ref>

Основни характеристики на светлината от гледна точка на възприемане от [[човешко око|човешкото око]] са: [[яркост]] (свързана с [[Светлина#Енергиен поток и енергиен интензитет|интензитета]]), [[цвят (оптика)|цвят]] (свързан с [[дължина на вълната|дължината на вълната]] или [[честота]]та) и [[Поляризация (вълни)|поляризация]] (при нормални обстоятелства човешкото око не може да я регистрира).

Според съвременната [[физика]] светлината има корпускулярно-вълнов характер, тоест едновременно се проявява като поток от частици ([[фотон]]и), които могат например да избиват електрони ([[фотоелектричен ефект]]), а в друг случай се държат като вълна – наблюдават се явленията [[дифракция на светлината|дифракция]] и [[интерференция на светлината|интерференция]]. Според [[квантова механика|квантовата механика]] фотоните нямат маса, което следва непосредствено от [[теория на относителността|теорията на относителността]].

== Източници на светлина ==
=== Естествени ===
Съществуват много и различни видове източници на светлина, но условно могат да се разделят на два вида – естествени и изкуствени. Към естествените спадат звездите, [[галактика|галактиките]], [[светкавица|светкавиците]] и други. Звездите са небесни тела, представляващи голямо кълбо газ, произвеждащо енергия чрез термоядрен синтез, предимно превръщането на [[водород]] в [[хелий]]. Тази енергия се разпространява в пространството под формата на електромагнитно излъчване. Галактиките са системи от звезди, междузвезден прах, [[тъмна материя]] и [[плазма]]. Светкавицата е електрически искров [[газов разряд]], съдържащ огромна енергия, която се освобождава под формата на силно лъчение. Друг естествен източник на светлина е [[Полярно сияние|полярното сияние]]. То се наблюдава вследствие на взаимодействието на заредени частици от [[слънчев вятър|слънчевия вятър]] с [[магнитосфера]]та и образува поразително красиви разноцветни светлини в небето.
[[Файл:Cloud in the sunlight.jpg|мини|[[Облак]], осветен от [[Слънце|слънчева]] светлина]]
Повечето от тези източници са топлинни (или термични) – с увеличаване на [[температура]]та започват да излъчват в различен диапазон. Така например повърхността на Слънцето при 6000 [[Келвин|K]] излъчва във видимата част на електромагнитния спектър. Пламъците на обикновен [[огън]] или [[пожар]] са също термичен източник на светлина. С увеличаване на [[температура]]та максимумът на излъчването се премества към по-късите дължини на вълните, от инфрачервената към видимата част, като излъчването най-напред е червено, след това преминава през жълто-бяло и най-накрая синьо.

Съществуват и биологични естествени източници на светлина в природата – животни и растения, които излъчват светлина. Това явление се нарича [[Луминесценция|биолуминесценция]] и е характерно например за [[светулка|светулките]], [[планктон]]а, някои видове [[гъба|гъби]] и някои морски животни. Определени химични вещества също излъчват естествена светлина. Това явление се нарича хемилуминесценция.

Слънцето свети със своя собствена светлина, докато [[Луна]]та свети с отразена светлина.

=== Изкуствени ===
Най-ранните изкуствени източници на светлина са [[свещ]]ите и [[факла|факлите]]. Свещта представлява фитил от [[текстил]]ен материал, поставен в средата на втвърдено [[гориво]], което се разтапя при горенето. В днешно време за гориво се използва предимно [[парафин]], но по-висококачествени свещи се произвеждат от [[стеарин]] или [[пчелен восък]]. Факлата представлява източник на светлина с дълга дървена дръжка и омотан плат в единия край, предварително потопен в някакво течно запалително вещество. Факлите са използвани още от дълбока древност, днешната им употреба е ограничена, но като традиция [[Олимпийски огън|олимпийският огън]] се пренася с факли. Исторически следват [[Маслена лампа|маслените]], [[керосин]]овите и [[газ]]овите лампи и [[фенер]]и.

С откритието на [[електричество]]то са създадени най-разнообразни източници на светлина и най-вече електрическата лампа. В [[лампа с нажежаема жичка|лампата с нажежаема жичка]] се използва ефектът на нагряване на [[проводник]] с високо [[електрично съпротивление|съпротивление]] (най-често сплав на [[волфрам]]а) при протичане през него на електрически ток. За получаване на видимо излъчване на светлина е необходимо [[температура]]та да се повиши до няколко хиляди [[Градус Целзий|градуса]]. Само малка част от излъчваната светлина е във видимия за човешкото око [[спектър]], а основен дял се пада на [[инфрачервени лъчи|инфрачервените лъчи]]. Голяма част от потребената енергия се „хаби“ в процесите на топлоотдаване и топлопроводимост. За увеличаване на така наречената „бяла“ светлина е необходимо да се увеличи и температурата на нагряване на проводника, поради което се използват метали с висока [[точка на топене]] – най-често волфрам (3410&nbsp;°С) и по-рядко [[осмий]] (3045&nbsp;°С).

[[Файл:Fontaine laser1.jpg|мини|Лазерен фонтан]]
Луминесцентните осветителни тела или луминесцентни лампи са тип [[газоразрядни лампи]], които се състоят от стъклен балон, запълнен с разреден [[газ]] ([[неон]], [[аргон]] и други) и покрит от вътрешната страна с [[луминесценция|луминофор]]. При подаване на напрежение между [[анод]]а и [[катод]]а на лампата протича [[газов разряд]], който е съпроводен с ултравиолетово излъчване, водещо до [[флуоресценция]] на луминофора.

Друг източник на светлина, широко използван в електрониката и в бита, е [[светодиод]]ът – [[полупроводник]]ов диод, който се състои от области с положителни и отрицателни токоносители и [[p-n преход]] и излъчва некохерентна светлина в тесен [[спектър]], когато през него протича [[електрически ток]]. Светодиодът съдържа един или няколко излъчващи светлина [[кристал]]и, разположени в един корпус с [[леща (оптика)|леща]], която създава светлинен поток.

Най-мощните и най-ярки източници на светлина днес са [[лазер]]ите. Те са източници на монохроматична, кохерентна, насочена светлина. Лазерът изпуска тънък, добре насочен, кохерентен [[Гаусов сноп|сноп]] с постоянна [[дължина на вълната]] (еднакъв цвят), постоянна [[фаза (вълни)|фаза]] и голяма [[яркост]], за разлика от некохерентните източници като електрическите крушки, които излъчват вълни в почти целия [[електромагнитен спектър]] и във всички посоки.

== Свойства и характеристики ==
=== Скорост на светлината ===
{{основна|Скорост на светлината}}
Скоростта на светлината във [[вакуум]] е теоретично най-голямата възможна скорост в природата, приблизително равна на 300 000 km/s (299 792 458 m/s). Тази точна скорост е дефиниция, а не измерване, и е абсолютна и независеща от движението на източника или наблюдателя. Днес [[метър]]ът е дефиниран чрез скоростта на светлината, която е постоянна величина. Фазовата скорост на светлината зависи от [[показател на пречупване|показателя на пречупване]] в съответната среда, а следователно и от [[Дължина на вълната|дължината на вълната]], от което следва, че скоростта на светлината в среда, различна от вакуум, е по-ниска от тази във вакуум.

Частицата, носител на светлината, е [[фотон]]ът, чиято маса в покой е равна на нула, което означава, че винаги се движи със скоростта на светлината.

Правени са различни опити за измерване на скоростта на светлината. [[Галилео Галилей]] прави опит за измерване на скоростта на светлината през XVII век. Друг експеримент е проведен от [[Оле Рьомер]] през [[1676]] г. С помощта на телескоп той наблюдава движението на [[Юпитер (планета)|Юпитер]] и неговия спътник [[Йо (спътник)|Йо]]. Забелязвайки различия в периода на Йо, той изчислява, че на светлината отнема 22 минути да премине през диаметъра на земната орбита.<ref>{{Ref-lang|en}} ''[http://projecteuclid.org/DPubS/Repository/1.0/Disseminate?view=body&id=pdf_1&handle=euclid.ss/1009212817 Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light]''. Statistical Science 2000, Vol. 15, No. 3, 254 – 278</ref> Размерът на този диаметър не е известен по това време. Ако го е знаел, изчислената скорост на светлината би била 227 000 km/s. По-точно измерване е направено през 1849 г. от [[Иполит Физо]]. Той насочва лъч светлина към огледало, отдалечено на няколко километра. Въртящо се [[зъбно колело]] е поставено на пътя на светлината. Физо забелязва, че при определена скорост светлината преминава през една от пролуките на зъбното колело в едната посока и през следващата пролука при пътя си в обратната посока. Знаейки разстоянието до огледалото и скоростта на въртене, Иполит Физо изчислява скоростта на светлината – 313 000 km/s.

[[Леон Фуко]] с помощта на въртящи се огледала получава стойност 298 000 km/s през 1862 г. [[Албърт Майкелсън]] провежда експерименти за определяне на скоростта на светлината от 1877 година до смъртта си през 1931 г. Той усъвършенства методите на Фуко през 1926 г. и получава 299 796 km/s.

=== Електромагнитен спектър (цветове) ===
{{основна|Цвят (оптика)|Видим спектър}}

{|cellpadding="5" cellspacing="0" class="wikitable" style="text-align:center; margin-left:10px;" align=right
|+ Таблица за различните цветове във видимата част на спектъра
|-class="hintergrundfarbe6"
!
! Цвят
! Дължина на вълната
! Честота
! Енергия на един фотон
|-
|bgcolor="#a146ff"| || [[Лилав цвят|Виолетов]] || 380 – 420 nm || 789,5 – 714,5 THz || 3,26 – 2,955 eV
|-
|bgcolor="#0000CC"| || [[Син цвят|Син]] || 420 – 490 nm || 714,5 – 612,5 THz || <2,95 – 2,535 eV
|-
|bgcolor="#00aa00"| || [[Зелен цвят|Зелен]] || 490 – 575 nm || 612,5 – 522,5 THz || 2,53 – 2,165 eV
|-
|bgcolor="#FFFF00"| || [[Жълт цвят|Жълт]] || 575 – 585 nm || 522,5 – 513,5 THz || 2,16 – 2,125 eV
|-
|bgcolor="orange"| || [[Оранжев цвят|Оранжев]] || 585 – 650 nm || 513,5 – 462,5 THz || 2,12 – 1,915 eV
|-
|bgcolor="#ff0000"| || [[Червен цвят|Червен]] || 650 – 750 nm || 462,5 – 400,5 THz || 1,91 – 1,655 eV
|}
Видимият спектър е част от електромагнитния спектър. Той няма ясно изразени и очертани граници – приема се, че човешкото око е чувствително към [[дължина на вълната|дължини на вълната]] от 400 до 750 nm, но някои хора са способни да възприемат малко по-широк диапазон – от 380 до 780 nm. Пресметнато в честота, това отговаря на интервала от 400 до 750 [[херц|THz]]. Привикналото към светлината око обикновено е най-чувствително на вълни с дължина около 555 nm, т.е. в зелената област на видимия спектър.

Познатите ни в ежедневието цветове на [[дъга]]та включват всички цветове, дължащи се на видимата светлина. Тези цветове се наричат чисти спектрални или монохроматични. Всеки цвят покрива участък от видимия спектър, т.е. ивица или диапазон от дължини на вълните, които предизвикват еднакво усещане за цвят. За всеки такъв диапазон включените в него дължини на вълните се наричат ''метамери'' на съответния цвят. Най-често видимият спектър се разделя на шест основни цвята – червен, оранжев, жълт, зелен, син и виолетов цвят. [[бял цвят|Белият цвят]] се получава от смесването на всички спектрални цветове, а [[черен цвят|черният цвят]] говори за отсъствие на светлина.

=== Пречупване и отражение ===
{{основна|Пречупване на светлината|Отражение на светлината}}

[[Файл:Kayaking Deep Fork Wildlife Refuge Oklahoma.jpg|мини|200п|Пример за отражение на светлината]]
[[Файл:RefractionVerre.jpg|мини|200п|Пример за пречупване на светлината]]
Отражението и пречупването на светлината са две явления, характерни за всички видове [[вълна|вълни]]. При отражението светлината се връща, отразява от дадена повърхност обратно в същата среда. Ако повърхността е гладка, явлението се нарича огледално отражение като типичен пример за това е отражението от [[огледало]]. При неравна повърхност, лъчите светлина се разпръскват в много различни посоки и това се нарича дифузно отражение. При него не се получава ясен образ.

При пречупването на границата на две среди светлината изменя посоката на разпространението си при преминаване във втората среда. Тъй като при преминаването през границата въздух-стъкло се наблюдава пречупване на светлината, ефектът е бил използван за създаване на [[леща (оптика)|оптичните лещи]] и лежи в основата на действие на всички оптични уреди. Той обяснява и редица светлинни явления като небесната [[дъга]], [[мираж]]ите или разлагането на бялата светлина на [[цвят (оптика)|цветове]] при преминаването ѝ през призма. Пречупването на светлината се описва от [[Пречупване#Закон на Снелиус|закона на Снелиус]]:
:<math>n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2\ </math>

където
* <math>n_1</math> е показател на пречупване на първата среда;
* <math>\theta_1</math> е ъгъл на падане;
* <math>n_2</math> е показател на пречупване на втората среда;
* <math>\theta_2</math> е ъгъл на пречупване.

Когато светлината преминава от оптично по-плътна към оптично по-рядка среда (например от [[стъкло]] към [[въздух]], от [[вода]] към въздух и т.н.) част от нея се отразява, а друга част преминава през по-плътната среда, като се пречупва. Каква част ще се отрази и каква ще се пречупи зависи от [[ъгъл]]а на падане на светлинните (или [[слънце|слънчевите]]) лъчи спрямо разделителната повърхност. При определен ъгъл, наречен критичен, когато се отразява цялата светлина, без да се пречупва, се получава пълно вътрешно отражение. Критичният ъгъл се определя с формулата:
:<math>\theta_c = \arcsin \left(\frac{n_2}{n_1} \right), </math>
където n<sub>1</sub> и n<sub>2</sub> са индексите на пречупване за двете среди като n<sub>2</sub> е на оптично по-рядката.

Пречупването, отражението и пълното вътрешно отражение намират широко приложение при изработката на оптични уреди като [[телескоп]]и, камери, [[фотоапарат]]и. Така например ефектът на пълното вътрешно отражение е използван в [[Оптично влакно|оптичните влакна]] за пренасяне на информация с минимални загуби.

=== Поляризация ===
Като електромагнитна вълна светлината може да се [[Поляризация (вълни)|поляризира]] при преминаване през определени вещества (например [[калцит|кристал от калциев карбонат]] или през специален поляризационен [[Тънки слоеве|тънък слой]], които пропускат само вълните с определена посока на поляризация. Поляризираната светлина може да взаимодейства с материали с [[двойно лъчепречупване]] така, че да се получават различни [[Цвят (оптика)|цветове]].<ref name="EB">{{Цитат уеб | заглавие = Colour – Geometrical and physical optics | автор = | труд = Encyclopedia Britannica | дата = | достъп_дата = 13 юли 2022 | уеб_адрес = https://www.britannica.com/science/color/Geometrical-and-physical-optics | език = en | цитат = }}</ref>

Поляризацията се обяснява с осцилирането на [[електрично поле|електричното поле]] в една определена [[Равнина (математика)|равнина]]. При това се получава нарушение на [[симетрия]]та на разпределение на трептенията в напречната вълна по отношение на направлението на нейното разпространение. Най-често срещаните поляризации са кръговата и линейната. Намира широко приложение в [[LCD]], [[филтър|филтри]] и слънчеви [[очила]].

Причина за възникване на поляризацията може да бъде:
* несиметрична генерация на вълни в източника на трептения;
* [[Анизотропия|анизотропност]] на средата, в която се разпространяват вълните;
* пречупване и отражение на границата на две среди;

Използва се още и в [[Триизмерно пространство|3D]] технологиите. За да се получи 3D образ, едното от стъклата на [[3D телевизия|3D очилата]] е с хоризонтална линейна поляризация а другото с вертикална. По този начин образите се разделят и двете очи виждат два различни образа от един екран. Резултатът е триизмерна картина.

=== Енергиен поток и енергиен интензитет ===
{{основна|Светлинен поток|Интензитет на светлината}}

Светлината представлява поток от [[фотон]]и, всеки от които притежава [[енергия]] '''<math>E = h \nu = \hbar \omega</math>''' (където '''h''' е [[константа на Планк]]), и следователно светлината пренася енергия, равна на сумата от енергиите на всички фотони. Да разгледаме една малка повърхност '''Δ S''', разположена в пространството, през което преминава светлината. Нека '''Δ E''' да е енергията на пресичащите тази повърхност в едната посока фотони за време '''Δ t''',. Величината:

;: Δ Φ = Δ E Δ t, Δ Φ = Δ E Δ S cosθ
(където '''θ''' е ъгълът, под който падат лъчите)

показва каква енергия преминава за единица време през разглежданата повърхност и се нарича ''енергиен поток'' на светлината. Единицата за енергиен поток е '''ват: [ Φ ] = J/s = W'''. Енергийният поток се нарича още лъчист или квантов поток.

Нека '''Δ Φ''' е енергийният поток през някаква повърхност, състоящ се само от светлинните лъчи с определени посоки, които посоки попадат в един малък пространствен ъгъл '''Δ Ω'''. Величината:

;: I = Δ Φ /Δ Ω

се нарича ''енергиен интензитет'' на светлината. Единицата за енергиен интензитет е '''ват на стерадиан: I = W/sr'''.

== Физични теории ==
[[Рене Декарт]] (1596 – 1650) дава представа за светлината като механично свойство на луминесцентно тяло.<ref name="Sabra">{{Ref-lang|en}} ''Theories of light, from Descartes to Newton'' A. I. Sabra CUP Archive, 1981 pg 48 ISBN 0-521-28436-8, 9780521284363</ref> През 1637 година той публикува теорията на пречупването на светлината като грешно допуска, че светлината се движи по-бързо в по-плътни оптични среди. Той достига до това заключение по аналогия с поведението на [[звукова вълна|звуковите вълни]]. Въпреки че допускането му за относителните скорости е невярно, той все пак правилно обяснява светлината като вълна и обяснява пречупването с различната скорост на светлината в различни среди. Макар че не е първият, който дава подобни обяснения, неговата теория се счита за началото на модерната оптика.<ref name="Sabra"/>

=== Корпускулярна теория ===
[[Пиер Гасенди]] (1592 – 1655), атомист, предлага корпускулярната теория на светлината, която е публикувана след неговата смърт през 1660-те. [[Исак Нютон]] изучава работата на Гасенди в ранните си години и предпочита неговите идеи в сравнение с тези на Декарт. Той заявява в своята ''Хипотеза за светлината'' от 1675 г., че светлината е съставена от малки частици, които той нарича корпускули, които се излъчват във всички посоки от източниците на светлина. Един от аргументите на Нютон против вълновата теория на светлината е, че вълните обикновено се пречупват или огъват, когато срещнат препятствие, докато светлината се разпространява само по права линия. Въпреки това той обяснява процеса на [[дифракция]] на светлината (наблюдаван от [[Франческо Грималди]]) с това, че частица на светлината може да създаде локална вълна в [[Етер (физика)|етера]].

Теорията на Нютон може да се използва за да предскаже [[отражение]]то на светлината, но може да обясни рефракцията само с неправилното допускане, че светлината се ускорява, когато навлезе в оптически по-плътна среда, защото гравитацията е по-силна. Нютон публикува крайния резултат от изследванията си в ''Opticks'' от 1704 година. Неговата популярност и репутация спомагат за установяването на корпускулярната теория през XVIII век. Тази теория води до допускането на [[Лаплас]], че едно тяло може да бъде толкова масивно и с такава силна гравитация, че светлината да не може да „избяга“ – с други думи това, което днес е известно като [[черна дупка]]. Лаплас оттегля предположението си след установяването на вълновата теория на светлината.

=== Вълнова теория ===
[[Файл:Diffraction pattern in spiderweb.JPG|ляво|мини|Цветовете на тази [[паяжина]] се дължат частично на явлението [[дифракция]], което е характерно за вълните]]
През 1660-те [[Робърт Хук]] публикува вълнова теория на светлината. [[Кристиан Хюйгенс]] работи над своя собствена вълнова теория на светлината през 1678 г. и я публикува в своята ''Монография на светлината'' през 1690 година. Той предполага, че светлината се разпространява във всички посоки като поредица от вълни в среда, наречена ''светоносен ефир''. Тъй като вълните не са повлияни от гравитацията, се предполага, че те се забавят, когато навлизат в област с по-голяма плътност.

Вълновата теория предсказва, че светлинните вълни могат да интерферират една с друга подобно на звуковите (както е отбелязано около 1800 г. от [[Томас Янг]]), и че светлината може да бъде поляризирана, ако е напречна вълна. Янг показва в своя експеримент, когато пуска светлина през два отвора, че тя се държи като вълна и проявява свойства, характерни само за вълна. Той също предполага, че различните цветове са причинени от различни дължини на вълната и обяснява цветното зрение с 3 различни цветови рецептори в човешкото око.

Друг поддръжник на вълновата теория е [[Леонард Ойлер]]. В своята ''Nova theoria lucis et colorum'' (1746) той показва, че дифракцията може лесно да се обясни с вълновата теория на светлината.

Малко по-късно [[Огюстин Френел]] изработва независимо своя собствена теория на светлината и я представя пред Академията на науките през 1817 г. [[Симеон Дени Поасон]] добавя към работите на Френел математически изчисления, за да придаде убедителен аргумент в полза на вълновата теория, надявайки се да отхвърли корпускулярната теория на Нютон. Около 1821 г. Френел успява да покаже с помощта на математически методи, че поляризацията на светлината може да бъде обяснена само с помощта на вълновата теория на светлината и ако вълната е напълно напречна без каквато и да е надлъжна компонента.

Слабостта на вълновата теория е, че светлинните вълни, подобно на звуковите, трябва да имат среда, в която да се разпространяват. Хипотетично вещество, наречено ''светоносен ефир'' или [[Етер (физика)|етер]] е предложено за тази цел, но неговото съществуване е подложено на дълбоко съмнение и опровергано в края на XIX век с [[Опит на Майкелсън-Морли|експеримента на Майкелсън-Морли]].

От корпускулярната теория на Нютон следва, че светлината се движи по-бързо с по-плътни среди, докато от вълновата теория следва точно обратното. По това време скоростта на светлината не може да се измери достатъчно точно, за да се каже със сигурност коя теория е вярна. Първият, който прави достатъчно акуратно измерване, е [[Леон Фуко]] през 1850 г.<ref>{{Ref-lang|en}} {{Cite book | title = Understanding Physics | author = David Cassidy, Gerald Holton, James Rutherford | publisher = Birkhäuser | year = 2002 | isbn = 0387987568 | url = http://books.google.com/?id=rpQo7f9F1xUC&pg=PA382 }}</ref> Неговият резултат подкрепя вълновата теория, което в крайна сметка довежда до изоставяне на Нютоновата теория за частици, които изграждат светлината.

=== Електромагнитна теория ===
[[Файл:Onde electromagnetique.svg|400px|мини|Двата осцилиращи компонента на електромагнитното поле – електричното (E) и магнитното (B), под прави ъгли едно на друго и перпендикулярни на посоката на разпространение на вълната]]
[[Файл:Wire-grid-polarizer.svg|мини|400п|Поляризация на светлината]]
През 1845 г. [[Майкъл Фарадей]] открива, че равнината на поляризация на линейно поляризирана светлина е завъртяна, когато светлината се разпространява в посока на магнитното поле в присъствието на [[Прозрачност|прозрачен]] диелектрик, явление, което днес е известно като [[ефект на Фарадей]].<ref name="Longair">{{Ref-lang|en}} Longair, Malcolm. ''Theoretical Concepts in Physics'' (2003) p. 87.</ref> Това е първото доказателство, че светлината е тясно свързана с електромагнетизма. През 1846 г. той предполага, че светлината може да е вид смущение на средата, което се разпространява по дължината на магнитните линии на полето.<ref name="Longair"/> През 1847 г. Фарадей прави предположението, че светлината е високочестотно електромагнитно [[трептене]], което може да се разпространява дори без наличие на среда.

Работите на Фарадей вдъхновяват [[Джеймс Кларк Максуел]] да изучава електромагнитното излъчване и светлината. Той открива, че самостоятелно разпространяващи се електромагнитни вълни пътуват в пространството с постоянна скорост, която е равна на измерената преди това.

;: <math>c= \frac {1} {\sqrt{\varepsilon_0\mu_0}}</math>

От всичко това Максуел заключава, че светлината представлява електромагнитно излъчване. За първи път той заявява това през 1862 г. във ''Физичните линии на силата''. През 1873 г. той публикува ''Трактат по електричество и магнетизъм'', който съдържа пълно математическо описание на поведението на електричното и магнитно поле, станали известни като [[уравнения на Максуел]]. Малко по-късно [[Хайнрих Херц]] потвърждава експериментално теорията на Максуел с генериране и детекция на радиовълни в лабораторията си и демонстрира, че тези вълни се държат по абсолютно същия начин като видимата светлина и имат свойството да се отразяват, пречупват, дифрактират и интерферират. Теорията на Максуел и опитите на Херц водят до развитието на съвременните [[радио]], [[радар]], [[телевизия]], [[безжични комуникации]] и други.

=== Специална теория на относителността ===
Вълновата теория успява да обясни почти всички оптични и електромагнитни явления и е голям успех на физиката на XIX век. В края на века обаче се оказва, че съществува един минимален брой явления, които не могат да бъдат обяснени или са в пряк конфликт с тази теория. Една от тези аномалии е противоречието, свързано със скоростта на светлината. Постоянната скорост на светлината, изведена от уравненията на Максуел и потвърдена от опитите на Майкелсън-Морли, противоречи на законите на механиката, известни и непроменени още от времето на [[Галилео Галилей]], които постулират, че всички скорости са относителни по отношения на наблюдателя. През 1905 г. [[Алберт Айнщайн]] разрешава този парадокс, като ревизира модела на Галилео за [[време]] и [[пространство]] и законите на Нютон за движение с добавката за постоянна скорост на светлината. Айнщайн формулира своите идеи в [[специална теория на относителността|специалната теория на относителността]], която дава съвсем нов поглед върху понятията време и пространство. Айнщайн също така показва равностойността на маса и енергия с широко популярното си уравнение:

;: <math>E = mc^2 \, </math>

където ''E'' е енергията, ''m'' е обикновено масата в покой или релативистката маса, и ''c'' е скоростта на светлината във вакуум.

=== Втори прочит на корпускулярната теория ===
Друга аномалия е [[фотоелектричен ефект|фотоелектричният ефект]], при който, ако повърхността на метал се освети, се освобождават електрони от тази повърхност и протича електрически ток. Експериментите показват, че енергията на индивидуалните електрони е пропорционална на честотата, вместо на интензитета на източника на светлина. Под една определена честота, в зависимост от [[метал]]а, не протича електрически ток, независимо от интензитета. Това противоречи на вълновата теория и върху този проблем физиците работят в продължение на много години, за да намерят обяснение. През 1905 г. Айнщайн разрешава и тази загадка, този път с помощта на забравената и отхвърлена корпускулярна теория на светлината. Поради този факт обаче, идеите на Алберт Айнщайн в началото са посрещнати с голяма доза скептицизъм в средата на известните физици. Неговото обяснение обаче постепенно се утвърждава, той дори получава Нобеловата си награда именно заради фотоелектичния ефект. Всичко това създава основата за корпускулярно-вълновия дуализъм и една голяма част от [[квантова механика|квантовата механика]].

=== Квантова теория ===
Третата аномалия, която се проявява в края на XIX век, е противоречието между вълновата теория на светлината и измерванията на електромагнитния спектър на тела, които излъчват при нагряване, или така наречените [[абсолютно черно тяло|абсолютно черни тела]]. Физиците дълго време се мъчат без успех да разрешат този проблем, който по-късно става известен като [[ултравиолетова катастрофа]]. През 1900 г. [[Макс Планк]] създава [[Закон на Планк|нова теория]] за излъчването на абсолютно черно тяло, която обяснява експерименталния спектър. Тя се основава на идеята, че черните тела излъчват светлина само дискретно (а не непрекъснато) в отделни пакети енергия. Тези пакети той нарича [[квант]] и дава име на частицата на светлината [[фотон]], за да има същото звучене като електрон и протон. Енергията на фотона ''E'' е пропорционална на неговата честота ''f'' и се дава с формулата:

;: <math>E = hf = \frac{hc}{\lambda} \,\! </math>

където ''h'' е [[константа на Планк|константата на Планк]], <math>\lambda</math> е дължината на вълната, а ''c'' е скоростта на светлината. Импулсът ''p'' на фотона е пропорционален на неговата честота и обратно пропорционален на неговата дължина на вълната:

;: <math>p = { E \over c } = { hf \over c } = { h \over \lambda }. </math>

През 1918 година Макс Планк получава Нобелова награда за физика за ролята си в основаването на квантовата механика.

=== Корпускулярно-вълнов дуализъм ===
{{основна|Корпускулярно-вълнов дуализъм}}
Модерната теория обяснява същността и природата на светлината с дуализма частица-вълна, описан от Алберт Айнщайн в началото на 1900-те и основан на неговите изследвания на фотоелектричния ефект и резултатите на Планк. Айнщайн убедително показва, че енергията на фотона е пропорционална на неговата честота. Неговата теория изказва становището, че въобще всичко има вълнова и корпускулярна същност и че могат да се проведат различни опити, които да показват едната или другата същност. Корпускулярната същност е видна повече при обекти с голяма маса. През 1924 г. [[Луи дьо Бройл]] прави предположение, което кара научната общност да осъзнае, че електроните също проявяват този дуализъм и са едновременно частица и вълна. Вълновата природа на електрона е експериментално потвърдена от Дейвисън и Джермър през 1927 г. Айнщайн получава Нобелова награда през 1921 г. за работата си над дуализма на фотона и по-специално заради обяснението си на фотоелектричния ефект. През 1929 г. дьо Бройл получава Нобелова награда заради своето предположение, че корпускулярно-вълновият дуализъм е характерен и за други [[елементарни частици]].

=== Квантова електродинамика ===
Представите за светлината продължават да еволюират и през 1920-те и 1930-те, достигайки своя връх със създаването през 1940-те на теорията на [[Квантова електродинамика|квантовата електродинамика]]. [[Квантова теория на полето|Квантовата теория на полето]] е една от най-успешните от теоретична и експериментална гледна точка. Учените с най-големи приноси в разработването ѝ са [[Ричард Файнман]], [[Фриймън Дайсън]], [[Джулиан Швингър]] и [[Шиничиро Томонага]]. Файнман, Швингър и Томонага си поделят Нобеловата награда за физика през 1965 г. за приносите си в развитието на квантовата електродинамика и квантовата теория на полето.

== Символизъм на светлината в изкуството и религията ==
[[Файл:Light up at the dome of a greek orthodox church at Fira.jpg|250п|мини|Осветен купол в гръцка православна църква]]
Светлината още от древността е възприемана като символ на доброто и живота, докато [[тъмнина]]та (липсата на светлина) символизира злото или невежеството. Още с откриването на [[огън]]я светлината става жизненоважна съставна и неизменна част от живота на първобитния човек. В [[християнство|християнската религия]] [[Бог]] е описан като „светлина на светлините“. В много религии тя присъства като форма на свръхестественото или извънземното.

Светлината играе важна роля също в [[архитектура]]та и [[фотография]]та.

На светлината е наречена улица в квартал „[[Бенковски (квартал)|Бенковски]]“ в [[София]] ({{maplink|type=line|id=Q123949222|title=Светлина}}).

== Светлина и здраве ==
При по-голямата част от растителните и животинските видове естествената светлина играе много важна роля и е от фундаментално значение за биологичния цикъл. Само някои дълбоководни растения и животни съществуват в пълна тъмнина. Светлината от Слънцето е основен източник на енергия за екосистемите, най-вече чрез процеса на [[фотосинтеза]]. При човека лишаването от светлина за продължително време може да доведе до [[депресия]]. Ултравиолетовото излъчване (като част от слънчевата светлина) е необходимо за синтеза на [[витамин D]].

Изследвания през 2008 г.<ref>{{Ref-lang|en}} Riemersma-van der Lek et coll.; ''Effect of bright light and melatonin on cognitive and non cognitive function of elderly residents of group care facilities''. ''A randomized controlled trial''. Revue ''JAMA'' 2008; 299: 2642 – 2655</ref> показват, че приемането на [[мелатонин]], съчетано с излагане на естествена светлина, значително подобряват съня и го правят по-здрав и по-продължителен. Освен на съня, излагането на светлина може да помогне за подобряването както на настроението, така и на когнитивните функции.<ref name=InfoAlzheimer>{{Ref-lang|fr}} Cité dans un [http://www.info-alzheimer.be/newsdetail.asp?newsid=120&lgid=&lg=2 Article de Julie Luong intitulé Lumière et mélatonine contre la maladie d'Alzheimer]{{Dead link|date=март 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}(15/10/2008)</ref>

== Външни препратки ==
{{commons|Light}}
* {{икона|fr}} [http://perso.wanadoo.fr/oncle.dom/astronomie/histoire/mesure_de_c/mesure_c.htm измерване на скоростта на светлината]
* {{икона|fr}} [http://site.voila.fr/leplusbeaumetier/technique/qualitelumiere.html Аспекти на светлината във фотографията] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100111160517/http://site.voila.fr/leplusbeaumetier/technique/qualitelumiere.html |date=2010-01-11 }}
* {{икона|en}} [http://books.google.com/books?id=IryMtwHHngIC&pg=PA1416&hl=en#v=onepage&q&f=false Фотоелектричен ефект]

== Източници ==
<references />

{{Добра статия}}

[[Категория:Светлина]]