La vitesse de la lumière dans le vide est de 3 × 10 ^{8 m /s, la la vitesse la plus rapide de l'univers!}

C'est une caractéristique unique et bizarre de notre existence que rien ne voyage plus vite que la lumière. Et bien que toute la lumière, qu'elle soit visible ou non, voyage à la même vitesse, lorsqu'elle rencontre de la matière
, elle ralentit. Parce que la lumière interagit avec la matière (qui n'existe pas dans le vide), plus la matière est dense, plus elle se déplace lentement.

Les interactions de la lumière avec la matière suggèrent une autre de ses caractéristiques importantes: sa nature particulaire. L'un des phénomènes les plus étranges de l'univers, la lumière est en fait deux choses à la fois: une onde et une particule. Cette dualité onde-particule
rend l'étude de la lumière quelque peu dépendante du contexte.

Parfois, les physiciens trouvent plus utile de considérer la lumière comme une onde, en y appliquant une grande partie des mêmes mathématiques et propriétés qui décrivent les ondes sonores et autres ondes mécaniques. Dans d'autres cas, la modélisation de la lumière en tant que particule est plus appropriée, par exemple lorsque l'on considère sa relation avec les niveaux d'énergie atomique ou le chemin qu'elle prendra lorsqu'elle se réfléchit sur un miroir.
Le spectre électromagnétique

Si tout la lumière, visible ou non, est techniquement la même chose - rayonnement électromagnétique - qu'est-ce qui distingue un type d'un autre? Ses propriétés d'onde.

Les ondes électromagnétiques existent dans un spectre de longueurs d'onde et de fréquences différentes. En tant qu'onde, la vitesse de la lumière suit l'équation de la vitesse des vagues, où la vitesse est égale au produit de la longueur d'onde et de la fréquence:

v \u003d λ × f

Dans cette équation, v
est la vitesse des ondes en mètres par seconde (m /s), λ
est la longueur d'onde en mètres (m) et f
est la fréquence en hertz (Hz).

Dans le cas de la lumière, cela peut être réécrit avec la variable c
pour la vitesse de la lumière dans le vide:

c \u003d λ × f

Astuces

[insérer le diagramme du spectre EM]
Le spectre visible

Le spectre de la lumière visible s'étend longueurs d'onde de 380 à 750 nanomètres (1 nanomètre équivaut à 10 ^{-9 mètres - un milliardième de mètre, soit environ le diamètre d'un atome d'hydrogène). Cette partie du spectre électromagnétique comprend toutes les couleurs de l'arc-en-ciel - rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet - qui sont visibles à l'oeil.}

[Inclure un diagramme avec une éruption de la spectre visible]

Parce que le rouge a la plus longue longueur d'onde des couleurs visibles, il a également la plus petite fréquence et donc la plus faible énergie. L'inverse est vrai pour le blues et la violette. Parce que l'énergie des couleurs n'est pas la même, leur température non plus. En fait, la mesure de ces différences de température dans la lumière visible a conduit à la découverte de l'existence d'une autre lumière invisible
pour l'homme.

En 1800, Sir Frederick William Herschel a conçu une expérience pour mesurer la différence de température pour différentes couleurs de lumière solaire qu'il a séparées à l'aide d'un prisme. Bien qu'il ait en effet trouvé des températures différentes dans différentes régions de couleur, il a été surpris de voir la température la plus chaude de toutes enregistrée sur le thermomètre juste au-delà du rouge, où il ne semblait y avoir aucune lumière du tout. C'était la première preuve qu'il existait plus de lumière que les humains ne pouvaient en voir. Il a nommé la lumière dans cette région infrarouge
, qui se traduit directement par "en dessous du rouge".

La lumière blanche, généralement ce qu'une ampoule standard émet, est une combinaison de toutes les couleurs. Le noir, en revanche, est l'absence
de toute lumière - pas vraiment une couleur du tout!
Fronts d'ondes et rayons

Les ingénieurs et scientifiques de l'optique considèrent la lumière de deux manières différentes pour déterminer comment il va rebondir, se combiner et se concentrer. Les deux descriptions sont nécessaires pour prédire l'intensité finale et l'emplacement de la lumière lorsqu'elle se concentre à travers des lentilles ou des miroirs.

Dans un cas, les opticiens regardent la lumière comme une série de fronts d'onde transversaux
, qui sont répétition des vagues sinusoïdales ou en forme de S avec des crêtes et des creux. C'est l'approche de l'optique physique
, car elle utilise la nature ondulatoire de la lumière pour comprendre comment la lumière interagit avec elle-même et conduit à des modèles d'interférence, de la même manière que les vagues dans l'eau peuvent s'intensifier ou s'annuler.

L'optique physique a commencé après 1801 lorsque Thomas Young a découvert les propriétés des ondes lumineuses. Il aide à expliquer le fonctionnement d'instruments optiques tels que les réseaux de diffraction, qui séparent le spectre de la lumière en ses longueurs d'onde composantes, et les lentilles de polarisation, qui bloquent certaines longueurs d'onde.

L'autre façon de penser la lumière est comme un ray
, un faisceau suivant une trajectoire en ligne droite. Un rayon est dessiné comme une ligne droite émanant d'une source de lumière et indiquant la direction dans laquelle la lumière se déplace. L'expression de la lumière sous forme de rayon est utile en optique géométrique
, qui se rapporte davantage à la nature des particules de la lumière.

Le dessin de diagrammes de rayons montrant le chemin de la lumière est essentiel à la conception de tels outils de focalisation de la lumière comme lentilles, prismes, microscopes, télescopes et caméras. L'optique géométrique existe depuis plus longtemps que l'optique physique - en 1600, à l'époque de Sir Isaac Newton, les verres correcteurs pour la vision étaient monnaie courante.