عرض مصدر ضوء

{{بطاقة عامة}}
'''الضوء''' هو [[موجة كهرومغناطيسية|إشعاع كهرومغناطيسي]] مرئي [[عين الإنسان|للعين البشرية]]، ومسؤول عن [[حاسة]] [[إدراك بصري|الإبصار]].<ref>[[هيئة الإضاءة الدولية]] (1987). [https://www.cie.co.at/publ/abst/17-4-89.html ''International Lighting Vocabulary'']. Number 17.4. CIE, 4th edition. ISBN 978-3-900734-07-7.<br />
By the ''International Lighting Vocabulary'', the definition of ''light'' is: “Any radiation capable of causing a visual sensation directly.” {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171204125650/http://www.cie.co.at/publ/abst/17-4-89.html|date=4 ديسمبر 2017}}</ref> يتراوح الطول الموجي للضوء ما بين 400 [[نانومتر]] (nm) أو 400×10<sup>−9</sup> م، إلى 700 نانومتر - بين الأشعة [[الأشعة تحت الحمراء|تحت الحمراء]] (الموجات الأطول)، والأشعة [[الأشعة فوق البنفسجية|فوق البنفسجية]] (الموجات الأقصر).<ref name="Pal2001">{{استشهاد بكتاب|الأخير1=Pal|الأول1=G. K.|الأخير2=Pal|الأول2=Pravati|عنوان=Textbook of Practical Physiology|مسار=https://books.google.com/books?id=CcJvIiesqp8C&pg=PA387|تاريخ الوصول=11 October 2013|إصدار=1st|سنة=2001|ناشر=Orient Blackswan|مكان=Chennai|ردمك=978-81-250-2021-9|صفحة=387|الفصل=chapter 52|اقتباس=The human eye has the ability to respond to all the wavelengths of light from 400-700 nm. This is called the visible part of the spectrum.| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20191221173207/https://books.google.com/books?id=CcJvIiesqp8C&pg=PA387 | تاريخ أرشيف = 21 ديسمبر 2019 }}</ref><ref name="BuserImbert1992">{{استشهاد بكتاب|الأخير1=Buser|الأول1=Pierre A.|الأخير2=Imbert|الأول2=Michel|عنوان=Vision|مسار=https://books.google.com/books?id=NSZvt8Ld2-8C&pg=PA50|تاريخ الوصول=11 October 2013|سنة=1992|ناشر=MIT Press|ردمك=978-0-262-02336-8|صفحة=50|اقتباس=Light is a special class of radiant energy embracing wavelengths between 400 and 700 nm (or mμ), or 4000 to 7000 Å.| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20170420160801/https://books.google.com/books?id=NSZvt8Ld2-8C | تاريخ أرشيف = 20 أبريل 2017 }}</ref> ولا تمثل هذه الأرقام الحدود المطلقة لرؤية الإنسان، ولكن يمثل النطاق التقريبي الذي يستطيع أن يراه معظم الناس بشكل جيد في معظم الظروف. تقدر أطوال الموجات للمصادر المختلفة للضوء المرئي ما بين النطاق الضيق (420 إلى 680)<ref>{{استشهاد بكتاب|الأخير=Laufer|الأول=Gabriel|عنوان=Introduction to Optics and Lasers in Engineering|مسار=https://books.google.com/books?id=4MxLPYMS5TUC&pg=PA11|تاريخ الوصول=20 October 2013|تاريخ=13 July 1996|ناشر=Cambridge University Press|ردمك=978-0-521-45233-5|صفحة=11| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20170215072255/https://books.google.com/books?id=4MxLPYMS5TUC&pg=PA11 | تاريخ أرشيف = 15 فبراير 2017 }}</ref><ref name="Bradt2004">{{استشهاد بكتاب|الأخير=Bradt|الأول=Hale|عنوان=Astronomy Methods: A Physical Approach to Astronomical Observations|مسار=https://books.google.com/books?id=hp7vyaGvhLMC&pg=PA26|تاريخ الوصول=20 October 2013|سنة=2004|ناشر=Cambridge University Press|ردمك=978-0-521-53551-9|صفحة=26| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20191221203045/https://books.google.com/books?id=hp7vyaGvhLMC&pg=PA26 | تاريخ أرشيف = 21 ديسمبر 2019 }}</ref> إلى النطاق الأوسع (380 إلى 800) نانومتر.<ref name="OhannesianStreeter2001">{{استشهاد بكتاب|الأخير1=Ohannesian|الأول1=Lena|الأخير2=Streeter|الأول2=Anthony|عنوان=Handbook of Pharmaceutical Analysis|مسار=https://books.google.com/books?id=DwPb4wgqseYC&pg=PA187|تاريخ الوصول=20 October 2013|تاريخ=9 November 2001|ناشر=CRC Press|ردمك=978-0-8247-4194-5|صفحة=187| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20191221193054/https://books.google.com/books?id=DwPb4wgqseYC&pg=PA187 | تاريخ أرشيف = 21 ديسمبر 2019 }}</ref><ref name="AhluwaliaGoyal2000">{{استشهاد بكتاب|الأخير1=Ahluwalia|الأول1=V. K.|الأخير2=Goyal|الأول2=Madhuri|عنوان=A Textbook of Organic Chemistry|مسار=https://books.google.com/books?id=tJNJnn0M75MC&pg=PA110|تاريخ الوصول=20 October 2013|تاريخ=1 January 2000|ناشر=Narosa|ردمك=978-81-7319-159-6|صفحة=110| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20191221190109/https://books.google.com/books?id=tJNJnn0M75MC&pg=PA110 | تاريخ أرشيف = 21 ديسمبر 2019 }}</ref> يستطيع الإنسان تحت الظروف المثالية أن يرى الأشعة تحت الحمراء على الأقل التي يصل طولها الموجي 1050 نانومتر،<ref name="Sliney1976">{{استشهاد بدورية محكمة| الأخير1=Sliney | الأول1=David H. | الأخير2=Wangemann | الأول2=Robert T. | الأخير3=Franks | الأول3=James K. | الأخير4 =Wolbarsht | الأول4=Myron L. | سنة=1976 | عنوان=Visual sensitivity of the eye to infrared laser radiation | صحيفة=[[Journal of the Optical Society of America]] | المجلد=66 | العدد=4 | صفحات=339–341 | doi=10.1364/JOSA.66.000339 | مسار = https://www.opticsinfobase.org/josa/abstract.cfm?uri=josa-66-4-339 | اقتباس=The foveal sensitivity to several near-infrared laser wavelengths was measured. It was found that the eye could respond to radiation at wavelengths at least as far as 1064 nm. A continuous 1064 nm laser source appeared red, but a 1060 nm pulsed laser source appeared green, which suggests the presence of second harmonic generation in the retina. |مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20141008032209/http://www.opticsinfobase.org/josa/abstract.cfm?URI=josa-66-4-339|تاريخ أرشيف=2014-10-08|url-access=subscription|issn = 0030-3941 }}</ref> والأطفال والشباب يستطيعون رؤية ما فوق البنفسجية ما بين حوالي 310 إلى 313 نانومتر.<ref name="LynchLivingston2001">{{استشهاد بكتاب|الأخير1=Lynch|الأول1=David K.|الأخير2=Livingston|الأول2=William Charles|عنوان=Color and Light in Nature|مسار=https://books.google.com/books?id=4Abp5FdhskAC&pg=PA231|تاريخ الوصول=12 October 2013|إصدار=2nd|سنة=2001|ناشر=Cambridge University Press|مكان=Cambridge, UK|ردمك=978-0-521-77504-5|صفحة=231|اقتباس=Limits of the eye's overall range of sensitivity extends from about 310 to 1050 nanometers| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20140715065840/http://books.google.com/books?id=4Abp5FdhskAC | تاريخ أرشيف = 15 يوليو 2014 }}</ref><ref name="Dash2009">{{استشهاد بكتاب|الأخير1=Dash|الأول1=Madhab Chandra|الأخير2=Dash|الأول2=Satya Prakash|عنوان=Fundamentals Of Ecology 3E|مسار=https://books.google.com/books?id=7mW4-us4Yg8C&pg=PA213|تاريخ الوصول=18 October 2013|سنة=2009|ناشر=Tata McGraw-Hill Education|ردمك=978-1-259-08109-5|صفحة=213|اقتباس=Normally the human eye responds to light rays from 390 to 760 nm. This can be extended to a range of 310 to 1,050 nm under artificial conditions.| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20191216063915/https://books.google.com/books?id=7mW4-us4Yg8C&pg=PA213 | تاريخ أرشيف = 16 ديسمبر 2019 }}</ref><ref name="Saidman1933">{{استشهاد بدورية محكمة| الأخير1=Saidman | الأول1=Jean | تاريخ=15 May 1933 | عنوان=Sur la visibilité de l'ultraviolet jusqu'à la longueur d'onde 3130 | عنوان مترجم=The visibility of the ultraviolet to the wave length of 3130 | صحيفة=[[Comptes rendus de l'Académie des sciences]] | المجلد=196 | صفحات=1537–9 | لغة=French | مسار = https://visualiseur.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3148d|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20170726055543/http://visualiseur.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3148d|تاريخ أرشيف=2017-07-26}}</ref>

الخصائص الأساسية للضوء المرئي هي [[شدة (فيزياء)|الشدة]]، [[انتشار|اتجاه الانتشار]]، [[تردد|التردد]] أو [[طول الموجة|الطول الموجي]] و[[طيف (فيزياء)|الطيف]]، و[[استقطاب (فيزياء)|الاستقطاب]]، بينما [[سرعة الضوء|سرعته]] في [[فراغ (فيزياء)|الفراغ]]، تقدر بـ (299,792,458 م/ث) وهي إحدى [[ثابت رياضي|الثوابت]] الأساسية في الطبيعة.

من القواسم المشتركة بين جميع أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي (EMR)، أن الضوء المرئي ينبعث ويمتص في هيئة «حزم» صغيرة تدعى [[فوتون|الفوتونات]] يمكن دراستها ك[[فيزياء الجسيمات|جسيمات]] أو[[موجة|الموجات]]. وتسمى هذه الخاصية ب[[ازدواجية موجة جسيم|ازدواجية موجة الجسيمات]]. تعرف دراسة الضوء باسم [[بصريات|البصريات]]، وهي مجال بحثي مهم في [[فيزياء حديثة|الفيزياء الحديثة]].

تُطلق كلمة '''ضوء''' في الفيزياء أحيانًا على الإشعاع الكهرومغناطيسي لأي طول موجي، سواء كان مرئي أم لا.<ref>{{استشهاد بكتاب | عنوان = Camera lenses: from box camera to digital | مؤلف = Gregory Hallock Smith | ناشر = SPIE Press | سنة = 2006 |ردمك= 978-0-8194-6093-6 | صفحة = 4 | مسار = https://books.google.com/?id=6mb0C0cFCEYC&pg=PA4|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200509090840/https://books.google.com/books?id=6mb0C0cFCEYC&pg=PA4&hl=en|تاريخ أرشيف=2020-01-25}}</ref><ref>{{استشهاد بكتاب | عنوان = Comprehensive Physics XII | مؤلف = Narinder Kumar | ناشر = Laxmi Publications | سنة = 2008 |ردمك= 978-81-7008-592-8 | صفحة = 1416 | مسار = https://books.google.com/?id=IryMtwHHngIC&pg=PA1416|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200618180718/https://books.google.com/books?id=IryMtwHHngIC&pg=PA1416&hl=es|تاريخ أرشيف=2020-01-25}}</ref> وتَرتكز هذه المقالة على الضوء المرئي. أما كمصطلح عام فراجع مقالة [[موجة كهرومغناطيسية|الإشعاع الكهرومغناطيسي]].

[[ملف:Spectrum4websiteEval.png|تصغير|300 بك|الضوء الأبيض يتكون من طيف مركب مختلف الألوان.]]
[[ملف:Aurelia aurita (aka).jpg|تصغير|[[قنديل بحر|قنديل البحر]] و[[ضيائية حيوية|الضيائية الحيوية]]]]

== تاريخ ==
[[ملف:Sir Isaac Newton by Sir Godfrey Kneller, Bt.jpg|تصغير|150px|[[إسحاق نيوتن]].]]
توصل الإغريق القدماء إلى بعض النظريات في مجال الضوء، وفتحت آفاق دراسة، لكنها كانت في الأغلب [[نظرية]]، ولم تتح الفرصة للبحث العملي لهذا الجانب الحيوي إلا على يد عدد من [[عالم (مهنة)|العلماء]] [[مسلم|المسلمين]] في القرون الوسطى، ويأتي في مقدمتهم [[ابن الهيثم|الحسن بن الهيثم]].

كانت أبرز إسهامات الحسن بن الهيثم (354- 430هـ، 965-1039م) في [[المناظر|كتاب المناظر]] الاهتداء إلى طبيعة الضوء ووظائفه وحالة [[القمر]] و[[قوس قزح]] والمرايا ذات [[قطع مكافئ|القطع المتكافئ]]، والمرايا الكروية و[[كسوف|الكسوف]] و[[خسوف|الخسوف]] و[[ظل|الظلال]]. فانتفع بعلمه بالبصريات وإنتاجه الغزير كل من [[روجر باكون|روجر بيكون]]، و[[فيتلو]] [[بولندا|البولندي]]، و[[ليوناردو دا فينشي|ليوناردو دافينشي]]، و[[يوهانس كيبلر|يوهان كبلر]]. وقد ترجم كتابه [[المناظر]] أكثر من خمس مرات إلى [[اللغة اللاتينية|اللاتينية]]، وفيه يؤكد على أن الضوء مستقل عن اللون، وحلل لأول مرة عملية الإبصار، وأشعة الضوء التي ذهب من سبقوه إلى أنها تنبعث من العين إلى الأجسام فنراها، في حين قال ابن الهيثم: {{اقتباس|إنها تصدر عن كل نقطة من نقاط الجسم فتصل إلى العين، وتنقل إليها وإلى المخ صورة الشيء.}} واهتم ابن الهيثم بالعدسات وقال إن تكبير العدسة يتوقف على مقدار تحدُّبها، كما درس الانكسار والانعكاس.

لم يظهر عالم في الضوء يعتد به بعد ابن الهيثم إلا في [[القرن 17]] أي بعد نحو سبعة قرون. ففي سنة 1666م اكتشف العالم الإنجليزي السير [[إسحاق نيوتن|إسحق نيوتن]] أن الضوء الأبيض مؤلف من جميع الألوان، ووجد باستخدام المنشور أن كل [[لون]] في الشعاع الأبيض يمكن أن يفصل. ووضع نيوتن [[نظرية]] تقول إن الضوء يتألف من أجسام صغيرة تنتقل في [[مستقيم (رياضيات)|خطوط مستقيمة]] خلال الفراغ، وسمّى النظرية نظرية الجسيمات الضوئية{{محل شك}}. وفي نفس الوقت الذي وضع فيه نيوتن نظريته للضوء، قال الفيزيائي والفلكي [[هولندا|الهولندي]] [[كريستيان هوغنس|كريستيان هويجنز]] إن الضوء يتألف من موجات. وقدم نظريته الموجية لشرح طبيعة الضوء. وتبدو النظريتان [[نظرية]] الجسيمات الضوئية والنظرية الموجية متضادتين تمامًا، وقد دارت مجادلات بين [[عالم (مهنة)|العلماء]] حولهما لحوالي 100 سنة. وفي بداية [[القرن 19]] شرح الفيزيائي الإنجليزي [[توماس يانغ (عالم)|توماس يونغ]] تداخل الضوء وأوضح أن الشعاعين من الضوء يلغي أحدهما الآخر تحت شروط محددة. وتتصرف موجات المياه بنفس الطريقة لكن بسبب صعوبة فهم كيفية حدوث التداخل بين الجسيمات، قبل معظم العلماء تجربة [[توماس يانغ (عالم)|يونغ]] كبرهان على النظرية الموجية للضوء.

== طبيعة الضوء ==
كان العلماء خلال القرن 19 يظنون أن الضوء موجة تنتقل كما تنتقل الموجة المائية. وقد راجت النظرية الموجية للضوء؛ لأنها مكّنت العلماء من تفسير ظاهرة [[حيود|نمط التداخل]]، وهي خطوط ساطعة وأخرى مظلمة حصل عليها العلماء من التجارب الضوئية. وإذا كان الضوء موجة فما هذه الموجات؟ موجات الماء سهلة التفسير لأنها تسير خلال سطح الماء بينما الماء نفسه يتحرك إلى أعلى وأسفل. وبالنسبة لعلماء القرن 19 كان الضوء يبدو مختلفًا عن موجات الماء بسبب انتقاله في الفضاء من [[الشمس]] و[[نجمة (توضيح)|النجوم]] الأخرى إلى [[الأرض]]، فافترضوا أن موجات الضوء يجب أن تنتقل خلال مادة تمامًا كما هو الحال بالنسبة لموجات المياه التي تنتقل خلال الماء. وأطلق العلماء على هذه المادة اسم [[أثير ناقل للضوء|الأثير]]، بالرغم من أنهم لم يتوصلوا إلى مايبرهن على وجود هذه المادة. واستطاع العلماء بنهاية القرن 19 التوصل إلى أن موجات الضوء تتألف من مناطق تعرف [[حقل كهربائي|بالمجالات الكهربائية]] والحقول أو [[موجة كهرومغناطيسية|المجالات المغنطيسية]].

يبدأ النموذج البسيط لموجة الضوء بشعاع (خط مستقيم) يوضح اتجاه انتقال الضوء. وتمثل الأسهم القصيرة التي على طول الشعاع، والمتعامدة (زاوية قائمة) عليه، المجال الكهربائي. وتشير بعض الأسهم إلى الأعلى من الشعاع والأسهم الأخرى تشير إلى الأسفل منه. وهي تختلف في الطول، لذلك فإن النمط الكلي لرؤوس الأسهم يُشْبه الموجة والأسهم التي تمثل الحقل المغنطيسي هي أيضًا تشبه الموجة ولكن هذه الأسهم تصنع زاوية قائمة مع الأسهم التي تمثل الحقل الكهربائي. وهذا النمط يتحرك خلال الشعاع وهو الضوء. أثبتت التجارب في بداية [[القرن 20]] أن العلماء في النهاية تركوا فكرة الأثير. وأدركوا أن موجة الضوء، بوصفها نمطًا منتظمًا من الحقول الكهربائية والمغنطيسية، يمكن أن تنتقل عبر الفضاء.

[[ملف:Onde electromagnetique.svg|مركز|650px|تصغير|موجة يتغير فيها المجال الكهربي E متعامدا على موجة يتغير فيها مجال مغناطيسي B. وتنتشر الموجة في الاتجاه k العمودي على المستوي الذي ينغير فيه المجالان (أي من اليسار إلى اليمين)]]

وتتميز [[موجة كهرومغناطيسية|الموجة الكهرومغناطيسية]] عامة بالعوامل التالية:

* '''الطول الموجي (''λ'')''' : المسافة لخط مستقيم من قمة الموجة إلى القمة التي بعدها.
* '''التردد (''f'')''': عدد المرات التي تمر خلالها القمة من نقطة ثابتة في الثانية.
* '''السعة (''a'')''': هي أقصى مسافة للقمة أو القاع (النقطة السفلى من الشعاع).
* '''الفترة (''T'')''': هو الوقت اللازم لمرور قمتين أو قاعين خلال نقطة ثابتة في الفراغ.
* '''سرعة الانتشار''': المسافة التي تقطعها الموجة في زمن قدره ثانية واحدة أثناء انتشارها.

ولحساب سرعة انتشار الضوء (c) في الفراغ:
:<math>c = \lambda \cdot {f}</math>
أو
:<math>c = \frac{\lambda}{T}</math>

=== الفوتون ===
{{مفصلة|الفوتون}}
اقترح العالم الفيزيائي الألماني [[ألبرت أينشتاين]] في سنة 1905 نموذجًا للضوء، وهو مفيد تمامًا مثل النموذج الموجي. يتصرف الضوء في بعض التجارب كما لو أنه جسيمات، وتسمّي هذا النوع من الجسيمات الآن [[فوتون|الفوتونات]]. وفي نموذج أينشتاين فإن شعاع الضوء هو المسار الذي يسلكه الفوتون. فمثلاً عندما يرسل المصباح شعاعًا من الضوء خلال غرفة مظلمة فإن شعاع الضوء يتألف من عدد كبير من الفوتونات، وكل واحد منها يسير في خط مستقيم. فهل الضوء موجات أو جسيمات؟ فيما يبدو، لا يمكن أن يكون النموذجان معًا، لأن النموذجين مختلفان تمامًا. وأفضل إجابة أن الضوء لا هذا ولا ذاك. ويتصرف الضوء في بعض التجارب كما لو أنه [[موجة]]، وفي بعضها الآخر كما لو أنه جسيمات. وللضوء في الفراغ سرعة واحدة، بعكس الأنواع الأخرى من الموجات، وهي أقصى سرعة ممكنة لأي شيء. ولا يفهم العلماء كنه هذه الحقيقة. والحقيقة التي تنص على أن الضوء في الفراغ يملك سرعة واحدة وهي واحدة من أسس [[نظرية النسبية|النظرية النسبية]] لأينشتاين.

عندما يدخل الضوء مادة ما يصطدم بالذرات التي تعطل سيره، إلا أنه يسير بسرعته المعتادة بين ذرة وأخرى.

=== الطيف المرئي والكهرومغناطيسي ===
{{مفصلة|الطيف المرئي|الطيف الكهرومغناطيسي}}
[[ملف:Electromagnetic spectrum -ar.svg|مركز|800px|[[طيف كهرومغناطيسي|الطيف الكهرومغناطيسي]]]]
يمكن تعريف هذا المدى من طيف [[موجة كهرومغناطيسية|الموجات الكهرومغناطيسية]] بإنه ذلك الطيف الذي يمكن أن يؤثر في العين فتحس بالرؤية، ويبدأ طيف الضوء المرئي عند اللون البنفسجي وينتهي عند اللون الأحمر. ونظرًا لأن حساسية العين تختلف باختلاف طول موجة الأشعة الضوئية المستقبلة فهي قادرة على التمييز بين الألوان المختلفة. وتكون حساسية العين أكبر ما يمكن عند الطول الموجي الذي يقع بين الأخضر والأصفر. وتقاس أطوال الموجات الضوئية بوحدات صغيرة جدا مثل [[ميكرومتر|الميكرومتر]] و[[نانومتر|النانومتر]] و[[أنغستروم|الانجستروم]].

يمكن ملاحظة اختلاف الطول الموجي بالعين ثم يترجم داخل العقل للون من الأحمر وهو ذو أطول موجة حيث أن [[طول الموجة|طوله الموجي]] 700 [[نانومتر]]، والبنفسجي ذو أقصر طول موجي حيث أن طوله الموجي حوالي 400 [[نانومتر]]، وبينهم ترد مختلف الألوان كالبرتقالي، والآخضر، والأزرق.

[[طول الموجة|الطول الموجي]] [[طيف كهرومغناطيسي|الطيف الكهرومغناطيسي]] خارج مجال رؤية العين يطلق عليه [[الأشعة فوق البنفسجية]] و[[الأشعة تحت الحمراء]]. تستطيع بعض الحيوانات مثل النحل رؤية بعض الأطوال الموجية الطويلة.

إن تعرض الجلد للأشعة فوق البنفسجية لفترة طويلة يمكن أن يسبب حروق الشمس أو [[سرطان الجلد]]، ونقص التعرض يسبب نقص [[فيتامين دي|فيتامين د]].

== خواص الضوء ==
=== انكسار الضوء ===
{{مفصلة|انكسار الضوء}}
[[ملف:Prism-rainbow.svg|تصغير|يمين|200px|يبين هذا الشكل تحلل الضوء المار خلال المنشور.]]
[[ملف:Refraction-with-soda-straw.jpg|تصغير|250 px|مثال على انكسار الضوء. انحناء القشة بسبب انكسار الضوء لأنه يدخل السائل عن طريق الهواء.]]

الانكسار تغير اتجاه مسار الموجة عندما تنتقل من وسط مادة إلى وسط مادة آخر. تنكسر الموجات (تنثني) عندما تنتقل بزاوية من وسط إلى آخر حيث تكون سرعة الضوء مختلفة. والواقع أن القشة الموضوعة داخل كوب به ماء تبدو منكسرة عند سطح الماء. لأن سرعة الضوء في الماء أقل منها في الهواء. يتحدد مقدار إنثناء شعاع ذي طول موجي معين،
عند انتقاله من وسط إلى آخر، بوساطة [[قانون الانكسار]] (قانون سنيل) بين الوسطين لذلك الطول الموجي. ويتم إيجاد قانون الانكسار عن طريق حساب المثلثات. وهو دالة جيبية لزاويتي السقوط والانكسار:

:<math>n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2</math>

حيث أن <math>\theta_1</math> هي الزاوية بين الشعاع وسطح الوسط الأول، و <math>\theta_2</math> هي الزاوية بين الشعاع وسطح الوسط الثاني، n<sub>1</sub> و n<sub>2</sub> [[معامل الانكسار|معاملي الانكسار]]، ''n'' = 1 في [[فراغ (فيزياء)|الفراغ]] و ''n'' > 1 في [[مادة كيميائية|المادة]] [[شفافية (بصريات)|الشفافة]].

تعتمد أغلب قوانين الانكسار على العلاقة بين زاوية الشعاع في الهواء وزاويته في وسط مثل [[أبو إسحاق الزجاج|الزجاج]] أو [[مرو (معدن)|الكوارتز]] (المرو) أو [[لدائن|البلاستيك]]. كما أن ألوان الضوء المختلفة لا تنكسر بالدرجة نفسها، ذلك لأن لها أطوالاً موجية مختلفة وتردد ثابت. وبسبب هذه الخاصية الضوئية، تتحلل أشعة الضوء إلى [[طيف مرئي|ألوان الطيف]] السبعة. و[[موشور (بصريات)|المنشور]] يعمل على أساس هذا المبدأ. وتستخدم خاصية الانكسار في [[عدسة (بصريات)|العدسات]] لمعالجة الضوء من أجل تغيير حجم ووضوح الصور. ومن الامثلة على ذلك [[عدسة مكبرة|العدسات المكبرة]]، [[نظارة|النظارات]]، [[عدسات لاصقة|العدسات اللاصقة]]، [[مجهر|المجاهر]] و[[مقراب انكساري|التلسكوبات الأنكسارية]].

=== التداخل ===
{{مفصلة|تداخل موجات}}
[[ملف:Young.gif|يسار]]
يعرف الضوء في معظم الحالات بأنه موجات لكل منها قمة وقاع. فعندما تمر موجتان ضوئيتان خلال نفس النقطة فإنهما تتداخلان في بعضهما لذلك فإنهما تجمعان أو تطرحان بعضهما من بعض. افترض أنه متى ما مرت قمة لموجة خلال النقطة فإنه تمر في الوقت نفسه قمة لموجة أخرى. وتجتمع القمتان مع بعضهما لتعطيا قمة كبرى. وتسمى هذه العملية التداخل البَنَّاء، وتعطي ضوءًا ساطعًا أكثر مما تعطيه أي موجة منفردة. وإذا افترضنا بدلاً من ذلك أنه متى ما وجدت قمة لموجة تمر خلال النقطة كان هناك قاع لموجة أخرى تمر خلاله، فإن القاع سوف يقلل من ارتفاع القمة ويترك النقطة معتمة أو مظلمة. وتسمى هذه العملية بالتداخل الهدام.

ووجود ظاهرة التداخل التي ينتج عنها سطوع أو تعتيم للضوء هي من أقوى الحجج التي تؤيد النظرية الموجية للضوء. وتنتج جميع أنواع الموجات أنماطاً من التداخل البَنَّاء والهدَّام عندما تمر خلال فتحتين صغيرتين متجاورتين.

وقد برهن العالم الإنجليزي [[توماس يانغ (عالم)|توماس يونغ]] في بداية [[القرن 19]] في [[تجربة شقي يونغ|تجربته الشهيرة]] على الطبيعة الموجية للضوء بإرسال شعاع ضوئي خلال فتحتين ضيقتين. ويصل الضوء الذي يخرج من الفتحتين إلى شاشة. فإذا كانت طبيعة الضوء غير موجية، فإنه يظهر على الشاشة كنقطتين ساطعتين ضيقتين، كل واحدة منهما تخرج من فتحة، لكن الواقع أنه عندما يخرج الضوء من كل فتحة، فإنه ينتشر مع الضوء الآخر، وتمتلئ الشاشة بخطوط مضيئة وأخرى معتمة تسمى الأهداب. تتكون أهداب لامعة عندما تصل الموجتان قمة مع قمة لتعطي تداخلاً بناء. وتتكون أهداب معتمة عندما تصل الموجتان قمة مع قاع لتعطي تداخلاً هدامًا.

=== الحيود والانتشار ===
{{مفصلة|حيود}}
[[ملف:Glasmurmel mit Schatten auf kariertem Grund 2007 02 14.JPG|تصغير|160px|ظل [[كجة|كرة زجاجية]].]]
أحد الخصائص الأكثر وضوحا لل[[عين (توضيح)|عين]] المجردة هو الضوء الذي ينتشر ب[[مستقيم (رياضيات)|خط مستقيم]]، ويسمى هذا النوع من الانتشار الحُيُودُ. فالحيود كما في التداخل ناتج من الحقيقة التي تنص على أن الضوء يتصرف ك[[موجة]]. وتنتشر موجة الضوء قليلاً عندما تسير خلال فتحة صغيرة، أو حول جسيم صغير، أو يمر خلال حافة. وتنتشر كذلك موجات المياه، لكن الفتحات والأجسام التي تسبب الانتشار يجب أن تكون أكبر من تلك التي في حالة الضوء. ويمكن أن يكون حيود الضوء أمرًا مزعجًا. افترض أنك حاولت رؤية جسيم صغير جدًا بوساطة [[مجهر]] ذي كفاءة عالية. فكلما زادت قدرة التكبير لرؤية الجسم عن قرب أكثر، فإنه تبدو على حافات الجسم غشاوة. وكل حافة مُغَشَّاة سببها أن الضوء ينكسر عندما يمر خلال الحافة في طريقه إلى العين.

من ناحية أخرى يخدم الحيود دراسة ألوان شعاع الضوء إذا استخدمنا نبيطة تسمى [[محزز الحيود]]. ويحتوي المحزوز على آلاف الفتحات النحيفة التي تعطينا الضوء. يحيد كل لون في الضوء بكمية مختلفة قليلاً، وانتشار الألوان بهذا الكبر يجعل بإمكاننا رؤية كل لون. ويستخدم محزز الحيود في التلسكوبات التي تفصل الألوان في الضوء القادم من النجوم وهذا يمكِّن العلماء من دراسة المواد التي تتألف منها [[نجمة (توضيح)|النجوم]].

=== الانعكاس والتشتت ===
{{مفصلة|انعكاس (فيزياء)|تشتت الضوء}}
[[ملف:Black triggerfish.jpg|تصغير|160px|أنعكاس سمكة [[قادوحية|تريجر]] في حوض الزينة.]]
عندما يصطدم الضوء على الجسم، تحتفظ مادة ذلك الجسم ب[[طاقة|الطاقة]] ثم تعيد انبعاثها في كل الاتجاهات، وتسمى هذه الظاهرة بالانعكاس. ومع ذلك، فإن الأسطح الملساء بصريا بسبب التدخل الهدام فإنها تفقد معظم الاشعة، عدا أنها تنتشر في نفس الزاوية التي كان لها التأثير. ومن الأمثلة على هذا التأثير هي [[المرايا]] والأسطح المصقولة مثل [[كروم|الكروم]]، ومياه [[نهر|الانهار]] (لأن قاعها داكن).

=== الاستقطاب ===
{{مفصلة|الاستقطاب}}
[[ملف:Animation polariseur 2.gif|تصغير|160px|مستقطب متحركة أمام شاشة الكمبيوتر مسطحة. تبعث شاشة [[شاشة عرض البلورة السائلة|LCD]] الضوء المستقطب، وتكون عادة في زاوية 45° إلى عمودي، عندما يكون محور المستقطب متعامد على الضوء الستقطب من الشاشة لا يمر الضوء من خلالها (يظهر المستقطب أسود). وعندما يتوازى مع استقطاب الشاشة، يسمح المستقطب للضوء بالمرور ونرى بياض الشاشة.]]
يمكن ملاحظة ظاهرة [[استقطاب (فيزياء)|الاستقطاب]] في [[بلورة]] شفافة توضع في شكل متوازي مع أخرى ويتم تدوير أحداها بزاوية 90°، فإن الضوء لا يمكن أن يمر من خلالهما.

بالإمكان الحصول على الضوء المستقطب من خلال [[انعكاس (فيزياء)|انعكاس]] الضوء. والضوء المنعكس جزئيا أو كليا مستقطب مع زاوية السقوط. وتسمى الزاوية التي تسبب الاستقطاب الكلي ب[[زاوية الاستقطاب|زاوية بروستر]] أو زاوية الاستقطاب.

تحتو ي العديد من [[نظارة شمسية|النظارات الشمسية]] ومرشحات [[آلة تصوير|الكاميرا]] على بلورات استقطاب للقضاء على الانعكاسات المزعجة.

=== الآثار الكيميائية ===
{{مفصلة|الكيمياء الضوئية}}
يمكن لطاقة الضوء تغيير أسطح المواد كيميائيًا بواسطة امتصاصها. فعلى سبيل المثال يغيّر الضوء كيميائيًا جزيئات [[هاليد الفضة]] [[شريط تصوير ضوئي|للفيلم الضوئي]]، ولذلك يمكن تسجيل الصورة عليه. ويمكن للضوء القوي أن يُبَهِّتَ ألوان الأقمشة بتغير صبغتها كيميائيًا. و[[شبكية|شبكية العين]] تتغير كيميائيًا بسبب الضوء، ولذلك فإن الشبكية تنتج إشارات بالنسبة للبصر. والضوء عامل ضروري [[تركيب ضوئي|للتركيب الضوئي]] في [[نبات|النبات]] الذي يمثل العملية اللازمة لإنتاج الغذاء بتفاعل الضوء مع [[ماء|الماء]] و[[ثنائي أكسيد الكربون]]. وكذلك تخليق [[فيتامين دي|فيتامين د]] بتفاعل [[الأشعة فوق البنفسجية|الأشعة الفوق بنفسجية]] مع مركب [[7-ديهيدروكوليستيرول]] تحت [[جلد|الجلد]].

=== الظاهرة الكهروضوئية ===
{{مفصلة|الظاهرة الكهروضوئية}}
تحدث '''الظاهرة الكهروضوئية''' أو '''المفعول الكهروضوئي''' عند سقوط [[موجة كهرومغناطيسية|إشعاع كهرومغناطيسي]] على سطح [[معدن]] فينتج عنه تحرير [[إلكترون]]ات من سطح المعدن. ذلك لأن جزءا من [[طاقة]] الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط [[ذرة|بذرات]] المعدن فيتحرر منه ويكتسب [[طاقة حركية|طاقة حركة]] وهذه العملية تعتمد على تردد موجة الضوء.

بقيت النظرية الموجية للضوء سائدة زمن طويل حتى نهاية القرن 19 إلى أن إكتُشفت الظاهرة الكهروضوئية فعملت على قلب المفاهيم لطبيعة الضوء. تتلخص الظاهرة الكهروضوئية فيمايلي: يسلط إشعاع ضوئي على معدن موضوع في ناقوس مفرغ من الهواء وفي وجود حقل كهربائي مطبق بين قطبين مربوطين ب[[مقياس التيار الكهربائي]]. في حالة عدم وجود أي إشعاع يشير مؤشر الجهاز إلى الصفر. وعند تسليط الإشعاع يلاحظ تحرك مؤشر الجهاز دلالة على وجود [[تيار كهربائي]]، أي أن عددا من الإلكترونات انتُزعت من المعدن وانتقلت تحت تأثير الحقل الكهربائي إلى [[قطب كهربائي|القطب الموجب]]. إلى هنا لا شيء يتناقض مع النظرية الموجية، حيث يمكن الافتراض ان طاقة الموجة (والمتناسبة مع مربع سعة الموجة) انتقلت إلى إلكترونات المعدن. لكن التجربة أثبتت أن طاقة الإلكترونات لا تعتمد على شدة الإشعاع ولكن على تواتره: تستجيب الإلكترونات في الذرة لتردد شعاع الضوء بصفة خاصة، وزيادة شدة الإشعاع يُزيد فقط عدد الإلكترونات.

: العلاقة بين طاقة الإلكترونات E وتواتر الإشعاع f خطية:

:::<math> V-hf = E</math>

: حيث V هو جهد التأين للمعدن ويسمى كذلك جهد الخروج، h هو [[ثابت بلانك]] وهو العدد المميز [[ميكانيكا الكم|لميكانيكا الكم]] وهو يعطي العلاقة بين تردد الموجة وطاقة الموجة. وجهد التأين خاصية من خواص المادة ويعتمد على التوزيع الإلكتروني [[ذرة|لذرة]] [[عنصر (توضيح)|العنصر]]، ومقداره يختلف من عنصر إلى عنصر.

أول من قدم تفسير هذا المفعول كان ألبرت آينشتين فحسب هذا الأخير فإن الضوء يصدر في شكل كمات منفصلة من الطاقة تسمى فوتونات كل [[فوتون]] يحمل معه مقدارا من الطاقة يساوي جداء التواتر بثابت بلانك.

'''ملاحظة: ''' عكس ما يعتقد البعض فإن أينشتين حصل على جائزة نوبل على أعماله حول المفعول الكهروضوئي وليس عن [[نظرية النسبية|النظرية النسبية]]

== المصادر الضوئية ==
{{مفصلة|قائمة المنابع الضوئية}}
[[ملف:Cloud in the sunlight.jpg|تصغير|250px|[[سحاب]]ة مضيئة بسبب [[أشعة الشمس]].]]
يوجد العديد من المصادر الضوئية. وأكثرها شيوعا هي الحرارية: وهي الجسم الذي يصدر [[درجة حرارة]] معينة وتبعث نفس خصائص طيف إشعاع [[الجسم الأسود]]. ومن الامثلة البسيطة للمصدر الحراري هي [[أشعة الشمس]] المنبعثة من [[غلاف لوني|جو الشمس]] عند تقريبا 6,000 [[كلفن]] القمة في المنطقة المرئية من [[طيف كهرومغناطيسي|الطيف الكهرومغناطيسي]] في مخطط وحدة [[طول الموجة|الطول الموجي]]،<ref>https://thulescientific.com/LYNCH%20&%20Soffer%20OPN%201999.pdf {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200511013054/http://thulescientific.com/LYNCH & Soffer OPN 1999.pdf|date=2020-05-11}}</ref> وتقريبا 44% من طاقة الشمس التي تصل إلى الأرض مرئية.<ref>{{استشهاد ويب|مسار=https://www.nrel.gov/grid/solar-resource/spectra.html |عنوان=Reference Solar Spectral Irradiance:  Air Mass 1.5|تاريخ الوصول=2009-11-12| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190512190812/https://rredc.nrel.gov/solar//spectra/am1.5/ | تاريخ أرشيف = 12 مايو 2019 }}</ref> ومن الأمثلة الأخرى [[مصباح متوهج|المصابيح المتوهجة]]، التي تنبعث منها فقط حوالي 10% من طاقتها على شكل ضوء مرئي والباقي يكون أشعة تحت الحمراء. ومن مصادر الضوء الحرارية الشائعة في التاريخ هي الاجسام الصلبة المتوهجة بسبب [[لهب|اللهب]]، ولكن هذه أيضا تبعث معظم إشعاعتها تحت الحمراء وجزء صغير فقط كطيف مرئي. تكون ذروة طيف الجسم الأسود في اتجاه الأشعة تحت الحمراء العميقة عند الطول الموجي 10 [[ميكرومتر]]، وتكون للأجسام الباردة نسبيا مثل البشر. وكلما ازدادت درجة حرارة الجسم، تنزاح الذروة إلى [[طول الموجة|أطوال موجية]] أقصر، مولدة أولا توهجًا أحمرًا، ثم توهجًا أبيضًا، وأخيرًا توهجًا أزرقًا حين تنزاح الذروة خارجة من الجزء المرئي من الطيف تجاه مجال [[الأشعة فوق البنفسجية|الأشعة الفوق بنفسجية]]. يمكن رؤية هذه الألوان عند تسخين المعدن إلى درجات حرارة عالية فنرى اللون الأحمر ثم اللون الأبيض. أما [[إشعاع حراري|الانبعاثات الحرارية]] الزرقاء فلا يمكن رؤيتها غالبًا، بإستثناء النجوم واللون الأزرق الذي نراه في لهب [[غاز طبيعي|الغاز]] أو مشعل [[لحام|اللحام]] هو في الواقع نتيجة لانبعاثات جزيئية، وخصوصًا من جذور CH الحرة (تصدر حزمة موجية طولها حوالي 425 [[نانومتر]]، ولا ترى في النجوم أو الإشعاع الحراري النقي).

تصدر الذرات الضوء وتمتصه عند طاقات مميزة. مما يولد [[طيف الانبعاث|خيوط الإصدار الذري]] في طيف كل [[ذرة]]. يمكن [[إصدار (إشعاع كهرومغناطيسي)|للإصدار]] أن يكون [[انبعاث تلقائي|تلقائيا]]، كما في حالة [[مصباح ثنائي باعث للضوء]] (LED)، ومصباح التفريغ الغازي (مثل [[مصباح نيون|مصابيح النيون]]، و[[لافتة نيون|لافتات النيون]]، و[[مصباح بخار الزئبق|مصابيح بخار الزئبق]]، وغيرها)، و[[لهب|اللهب]] (ضوء صادر عن الغاز الساخن نفسه، على سبيل المثال، يـُصدر [[صوديوم|الصوديوم]] ضوءا أصفرا عند وضعه في لهب الغاز). ويمكن أيضا أن يكون [[إصدار محثوث|الإصدار محفزًا]]، كما هو الحال في [[ليزر|الليزر]] أو في الموجات الدقيقة [[ميزر|للمايزر]].

تباطؤ الجسيمات المشحونة، مثل [[إلكترون|الإلكترون]]، يمكن أن يُولد إشعاعًا مرئيًا: [[إشعاع سيكلوتروني]]، و[[إشعاع سنكروتروني|إشعاع سنكتروني]]، و[[أشعة انكباح]]. الجسيمات الأولية المتحركة بسرعة أكبر من [[سرعة الضوء]] ضمن وسط ما يمكن أن تولد [[إشعاع تشيرنكوف|إشعاع شيرنكوف]].

تُولد بعض المواد الكيميائية إشعاعًا مرئيًا بعملية [[ضيائية كيميائية|الضيائية الكيميائية]]. وكذلك في الأجسام الحية، تسمى هذه العملية [[ضيائية حيوية|بالضيائية الحيوية]]. فمثلا تقوم [[يراعة|اليراعة]] بتوليد الضوء بهذه الطريقة، ويمكن للمراكب المبحرة في الماء أن تميز [[عوالق|البلانكتون]] الذي يولد توهجًا ضعيفًا.
تقوم بعض المواد بتوليد الضوء عندما تضاء بإشعاع ذي طاقة تناسب توزيعها الإلكتروني. تعرف هذه الظاهرة [[فلورية|بالفلورية]]. وتستخدم في [[مصباح فلوري|المصابيح الفلورية]]. تصدر بعض المواد الضوء بعد فترة قصيرة من تحفيزها بإشعاع طاقي، وتعرف هذه الظاهرة باسم '''الفسفورية '''.

يمكن تحفيز المواد الفسفورية بتسليط جسيمات دون الذرية عليها. و[[أنبوب الأشعة المهبطية|التألق المهبطي]] {{إنج|Cathodoluminescence}} هو أحد الأمثلة على ذلك. هذه الآلية تستخدم في [[تلفاز|الرائي]] ذو [[أنبوب الأشعة المهبطية]].

ويوجد آليات أخرى لإنتاج الضوء:
* [[ضيائية حيوية]]
* [[ضيائية صوتية]]
* [[ضيائية كهربائية]]
* [[ضيائية احتكاكية]]
* [[وميض]]
* [[إشعاع تشيرنكوف|إشعاع شيرينكوف]]

عندما يمتد مفهوم الضوء ليشمل [[فوتون|الفوتونات]] ذات الطاقة العالية جدًا ([[أشعة غاما]])، فإن آليات توليد الضوء تشمل أيضًا:
* [[اضمحلال نشاط إشعاعي|النشاط الإشعاعي]]
* فناء الجسيم – [[جسيم مضاد|الجسيم المضاد]].

ميزت [[هيئة الإضاءة الدولية]] بين المنبع الضوئي و[[مضياء|المضياء]]. '''''المنبع الضوئي''''' هو مصدر فيزيائي للضوء، مثل الشمس والمصابيح، بينما يشير مصطلح '''''مضياء''''' إلى [[توزيع القدرة الطيفية|توزيع قدرة طيفية]] خاص. وبالتالي يمكن توصيف المضياء مسبقًا، ولكن قد لا يمكننا تصنيعه عمليًا.<ref>{{استشهاد
 | الأخير = McDonald
 | الأول = Roderick
 | سنة = 1997
 | عنوان = Colour Physics for Industry
 | إصدار = Second Edition
 | ناشر = Society of Dyers and Colourists
 | صفحة = 99
 | isbn = 0 901956 70 8
}}</ref>

== قياس الضوء ==
يقيس العلماء [[طول الموجة|الطول الموجي]] للضوء بمقاييس متنوعة من الوحدات [[نظام الوحدات الدولي|المترية]] و[[وحدات إمبراطورية|الإمبراطورية]]. وإحدى هذه الوحدات المترية المعروفة هي [[ميكرومتر|الميكرومتر]] الذي يساوي 0.000001 [[متر]] (10 <sup>−6</sup> م).

والطول الموجي للضوء في الطيف المرئي محصور في المنطقة من حوالي 0.4 ميكرومتر [[بنفسجي|للبنفسجي]] الغامق إلى حوالي 0.7 ميكرومتر لل[[أحمر]] القاني. والتردد لأي موجة يساوي النسبة بين سرعة الموجة إلى الطول الموجي، ويقاس بوحدات تسمَّى الهرتز. فالموجة لها تردد يساوي هرتزًا واحدًا إذا كانت قمة واحدة تمر خلال نقطة محددة في كل ثانية. والموجة لها تردد يساوي 100 هرتز إذا كانت 100 قمة تمر خلال نقطة محددة للقياس في كل ثانية. يسير الضوء في الفراغ بسرعة 300 مليون متر لكل ثانية تقريبًا. ولأن الضوء المرئي له طول موجي قصير وسرعة عالية فله تردد عال. فتردد الضوء البنفسجي مثلاً، يساوي 750 مليون مليون هرتز.
=== سرعة الضوء ===
{{مفصلة|سرعة الضوء}}
بالرغم من أن الضوء يبدوكأنه ينتقل خلال الغرفة في لحظة رفع ستارة النافذة، فإنه في الحقيقة يستغرق بعض الوقت للانتقال لأي مسافة. وسرعة الضوء خلال الفراغ ـ حيث لا تعطّل الذرات انتقاله ـ هي 299,792,458 [[متر في الثانية|م/ث]] (تقريباً 186,282 ميل/ث). وجميع أشكال الأشعة الكهرومغناطيسية تتحرك بنفس السرعة في الفراغ.

كان الفلكيون منذ القدم يعتقدون أن الضوء ينتقل بسرعة لانهائية كما كان يُعتقد أن أي حدث يحدث في أي مكان في الكون يلاحظ في جميع النقاط الأخرى في الكون في الوقت ذاته. ولكن عالم الطبيعة الإيطالي [[غاليليو غاليلي|جاليليو]] صمم في أوائل [[القرن 17]] تجربته لقياس سرعة الضوء ليحسم الأمر. أرسل جاليليو أحد المساعدين إلى [[هضبة]] بعيدة مع التعليمات له بفتح غطاء [[فانوس]] يحمله عندما يشاهد جاليليو الموجود على هضبة أخرى يفتح غطاء فانوسه، وكان هدف جاليليو أنه بمعرفته للمسافة بين الهضبتين يستطيع حساب سرعة الضوء بواسطة قياسه للزمن بين لحظة فتحه للغطاء ولحظة رؤيته لضوء الفانوس الثاني، وفشلت التجربة على الرغم من أن تفكير جاليليو كان معقولاً. ولأن سرعة الضوء عالية جدًا لذلك لم يستطع حساب الزمن القصير.

أتى الفلكي [[الدنمارك]]ي [[أوول رومر]] في حوالي 1675 بشواهد برهنت على أن الضوء ينتقل بسرعة ثابتة (محدودة). حيث رصد خلال عمله في [[باريس]] أحد [[قمر طبيعي|أقمار]] [[المشتري]] الذي يسمى [[آيو (قمر)|آيو]] باستخدام [[مقراب|المقراب]]، وقد لاحظ تناقض في فترة ظهور مدار (آيو)، وتمكن من حساب أن الضوء يلزمه 22 دقيقة لاجتياز قطر مدار [[الأرض]].<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|مسار= https://projecteuclid.org/DPubS/Repository/1.0/Disseminate?view=body&id=pdf_1&handle=euclid.ss/1009212817|عنوان=Scientific Method, Statistical Method and the Speed of Light|صحيفة=Statistical Science|سنة=2000|المجلد=15|صفحات=254–278|العدد=3|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20200510052636/https://projecteuclid.org/DPubS/Repository/1.0/Disseminate?view=body&id=pdf_1&handle=euclid.ss%252F1009212817|تاريخ أرشيف=2019-12-10}}</ref> وأشارت ملاحظات رومير إلى أن سرعة الضوء الثابتة هي 226,000 كم/ثانية، ويمثل هذا الرقم 75% من السرعة الفعلية.

أجريت في [[أوروبا]] تجربة أخرى أكثر دقة لقياس سرعة الضوء على يد [[هيبوليت فيزو]] في عام 1849. حيث وجه فيزو حزمة من الضوء إلى [[مرآة]] تبعد عدة كيلومترات. بوضع [[ترس]] دوار في مسار اشعة الضوء من المصدر إلى المرآة وبالعكس، وقد وجد فيزو عند معدل دوران محدد بأن الضوء سيعبر خلال إحدى فجوات الترس في طريقه إلى المرآة وسيعبر في الفجوة القادمة على الترس في طريق العودة إلى المصدر. بمعرفة المسافة إلى المرآة، عدد أسنان الترس، ومعدل الدوران، تمكن فيزو من حساب سرعة للضوء تساوي 313,000,000 م/ث.

في عام 1862 أجرى [[ليون فوكو]] تجربة باستخدام مرايا دوارة لتحدد سرعة للضوء واتت النتيجة ما يقارب 298,000,000 م/ث.

في عام 1926 كرر الفيزيائي الأمريكي [[ألبرت ميكلسون]] طريقة فوكو باستخدام مرايا دوارة مطورة لقياس الزمن اللازم للضوء لاتمام رحلة ذهاب وعودة من [[ماونت ويلسون (كاليفورنيا)|ماونت ويلسون]] إلى [[ماونت سان انطونيو]] في [[كاليفورنيا]]. أسفرت القياسات الدقيقة عن سرعة للضوء تساوي 299,796,000 م/ث.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|الأخير=Michelson,|الأول=A. A.|عنوان=Measurements of the velocity of light between Mount Wilson and Mount  San Antonio|صحيفة=Astrophysical Journal|تاريخ=January 1927|المجلد=65|صفحات=1|مسار= https://adsabs.harvard.edu/full/1927ApJ....65....1M|تاريخ الوصول=12 March 2014|doi=10.1086/143021|bibcode = 1927ApJ....65....1M |مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20191029133030/http://adsabs.harvard.edu/full/1927ApJ....65....1M|تاريخ أرشيف=2019-10-29}}</ref> ونسبة الخطأ المحتمل في هذا الرقم أقل من أربعة كيلومترات لكل ثانية.

السرعة الفعالة للضوء في المواد الشفافة المختلفة العادية تكون أقل مما هي عليه في الفراغ. على سبيل المثال سرعة الضوء في الماء هي حوالي 3/4 من سرعته في الفراغ، وفي [[أبو إسحاق الزجاج|الزجاج]] هي 2/3 من سرعته في الفراغ.

يوجد مثالا غير مسبوق على طبيعة تباطؤ الضوء في المادة، حيث أجرى فريقان مستقلان من علماء الفيزياء على وضع الضوء في حالة «الشلل التام» عن طريق بتمريره بواسطة [[تكاثف بوز-أينشتاين]] لعنصر [[روبيديوم|الروبيديوم]]، أحد الفريقين في [[جامعة هارفارد]] و[[معهد رولاند للعلوم]] في [[كامبريدج (ماساتشوستس)|كامبريدج، ماساتشوستس]]، والآخر في [[مركز هارفارد-سميثونيان للفيزياء الفلكية]]، أيضا في كامبريدج.<ref>{{استشهاد ويب|مؤلف=Harvard News Office |مسار= https://news.harvard.edu/gazette/story/2001/01/researchers-now-able-to-stop-restart-light/ |عنوان=Harvard Gazette: Researchers now able to stop, restart light |ناشر=News.harvard.edu |تاريخ=2001-01-24 |تاريخ الوصول=2011-11-08|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20160729063417/http://news.harvard.edu/gazette/2001/01.24/01-stoplight.html|تاريخ أرشيف=2016-07-29}}</ref> وبذلك فإن الوصف العام ليصبح الضوء في حالة «توقف» في هذه التجارب تشير فقط إلى الضوء المخزن في [[حالة مثارة|حالة اثارة]] الذرات ثم إعادة اطلاقة في وقت لاحق، كتحفيز لنبضة ليزر ثانية. خلال وقت «التوقف» لم يعد ليكون ضوء.

[[ملف:Speed of light from Earth to Moon.gif|تصغير|مركز|600px|يوضح الخط الأصفر الزمن الذي يستغرقه الضوء للسفر في الفضاء بين [[الأرض]] و[[القمر]]، يقدر بحوالي 1.26 ثانية.]]

=== سطوع الضوء ===
استخدم العلماء وحدات مختلفة لقياس سطوع مصدر الضوء وكمية الطاقة في شعاع الضوء الآتي من ذلك المصدر. تُسمى كمية الضوء المنتجة بواسطة أي مصدر ضوئي '''[[شدة الاستضاءة]]''' لذلك المصدر، والوحدةُ المستخدمة لقياس شدة الاستضاءة تسمى [[قنديلة|الشمعة]]. وأُخذَت شدة الاستضاءة المنتجة بواسطة [[شمعة]] بحجم معيّن مصنوعة من زيت [[حوت|الحوت]]، لسنوات عديدة، وحدة قياس ثابتةً وسُميّت هذه الوحدة الشمعة، ومع ذلك لم توفر شمعة زيت الحوت استخدامًا بسيطًا وثابتًا لقياسات الضوء. وتعرف الشمعة الواحدة الآن بأنها كمية الضوء المنطلقة من مصدر يبعث عند تردّد محدّد (540{{*10^|12}} هرتز)، وعند [[شدة إشعاعية]] محددة ({{كسر مائل|683}} [[واط]] لكل وحدة مساحة تسمى [[ستراديان]]). ولا تشير شدة ضوء المصدر بالشموع إلى مدى سطوع الضوء عندما يصل إلى سطح جسم مثل كتاب أو منضدة. وقبل أن نقيس كثافة [[فيض ضوئي|التدفق الضوئي]] أو الدفق الضيائي (الضوء الساقط على السطح)، يجب علينا أن نقيس مسافة انتقال الضوء خلال الفراغ بين المصدر والجسم. ويمكننا قياس شعاع الضوء بوحدة تُسمّى [[لومن]]. ولمعرفة كيفية قياس اللومن، تصوّر أن هناك مصدرًا ضوئيًا في وسط تجويف كروي. وفي السطح الداخلي للجسم الكروي مساحة تساوي مربع نصف قطر الجسم الكروي. فإذا كان نصف القطر مترًا واحدًا، على سبيل المثال، وكان مصدر الضوء له شدة إضاءة تساوي شمعة واحدة، فإن المساحة المقطوعة سوف تحصل على فيض ضوئي (سرعة تدفق الضوء) يقدر بلومن واحد.

ويقيس المهندسون في النظام المتري كثافة التدفق الضوئي بوحدات تُسمّى لكس وينتج كثافة تدفق ضوئي مقدارها [[لكس]] واحد، لومنًا واحدًا من الضوء على مساحة متر مربع واحد. ويستخدم في النظام الإمبراطوري وحدات تُسمّى [[قدم ـ شمعة]]. وينتج كثافة تدفق ضوئي مقدارها قدم ـ شمعة واحدة بلومن واحد من الضوء يسقط على مسافة مقدارها قدم مربع واحد. تتغير شدة الضوء الساقط على مساحة ما عكسيًا مع مربع المسافة التي بين المصدر والسطح. ولهذا إذا زادت المسافة فإن كثافة التدفق الضوئي تقل بمقدار مربع تلك الزيادة، وتُسمّى هذه العلاقة ب[[قانون التربيع العكسي]]. فإذا كان السطح يحصل على لكس واحد من الضوء على بعد مسافة مقدارها متر واحد من المصدر، ثم أزيح لمسافة مترين مربعين من المصدر، فإنّ هذا السطح سوف يحصل على (½)² أو¼ لكس من الضوء. ويحدث هذا لأن الضوء ينتشر خارجًا من المصدر.

== نظريات ==

لقد كان يٌعـتقد حتى نهاية [[القرن 18|القرن الثامن عشر]] بأن الضوء شبيه [[صوت|بالصوت]] ويحتاج إلى وسط مادي حتى ينتقل ويسمى هذا الوسط ب[[أثير ناقل للضوء|الأثير]] الذي كان يعرفه العلماء بأنة مادة رقيقة جداً ذات كثافة متناهية في الصغر وذلك لتبرير إن الأثير لا يمكن ملاحظته ولكن تجربة [[تجربة ميكلسون ومورلي|ميكلسون ومورلي]] أثبت إن الأثير غير موجود.

ففي عام [[1905]]م وضع اينشتاين فرضاً لحل هذه المشكلة والفرض يقول : (إذا كان هناك عدد من الراصدين يتحركون بسرعة منتظمة كل منهم بالنسبة للآخر وأيضاً بالنسبة للمصدر الضوئي وإذا كل من الراصدين يقيس سرعة الضوء الخارج من المصدر فأنهم جميعاً سيحصلون على نفس القيمة لسرعة الضوء).

هي نفس فكرة جاليلو عام [[1600]]م وهذا الفرض هو أساس النظرية النسبية الخاصة والتي استغنت عن فكرة وجود الأثير. وأثبت أن سرعة الضوء ثابتة في جميع المراجع.

=== نظرية الجسيمات الضوئية ===

اقترح العالم [[الذرية|الذري]] [[بيير جاسندي]] (1592-1655)، نظرية الجسيمات في الضوء ونشرت بعد وفاته في الستينات. وقد درس [[إسحاق نيوتن]] وقت مبكر نظرية جاسندي، وفضلها على نظرية ديكارت في الأثير. وفي عام 1675 ذكر في فرضيته للضوء بأن الضوء مكون من كريات (جزيئات مادة) تنبعث من مصدر في كل الاتجاهات. وكانت احدة حجج نيوتن ضد الطبيعة الموجية للضوء، حيث أن الموجات معروفة بانحنائها حول العقبات، والضوء ينتقل في خطوط مستقيمة فقط. بالرغم من انه شرح ظاهرة [[حيود]] الضوء (الذي كان قد لاحظها [[فرانشيسكو ماريا جريمالدي]]) عن طريق السماح بالجسيمات الضوئية بأن تخلق موجة محلية من [[أثير ناقل للضوء|الأثير]].

تصور [[إسحاق نيوتن|نيوتن]] أن الجسم المضيء تنبعث منه جسيمات دقيقة كروية تامة المرونة وتسير بسرعة منتظمة كبيرة جداً وتختلف من وسط إلى آخر حسب كثافته. وتكون حركة هذه الجسيمات الكروية في خطوط مستقيمة في الوسط المتجانس الواحد وقد استدل [[إسحاق نيوتن|نيوتن]] على أن الأشعة الضوئية عندما تصطدم بسطح عاكس فأن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس كاصطدام كرة تامة المرونة بسطح أملس مرتدة بحيث زاوية سقوطها تساوي زاوية انعكاسها.

أما في ظاهرة الانكسار فأنه قد فسره [[إسحاق نيوتن|نيوتن]] عندما تخترق هذه الجسيمات الكروية الضوئية أوساطاً مختلفة الكثافة مثل [[ماء|الماء]] أو [[أبو إسحاق الزجاج|الزجاج]] فإنها تنكسر داخل كل وسط وتنحرف عن المسار المستقيم لها. فعند انتقال الضوء من وسط اقل كثافة مثل [[غلاف الأرض الجوي|الهواء]] إلى وسط أكثر كثافة مثل [[ماء|الماء]] فأن الوسط المائي يحرف هذه الجسيمات الضوئية إلى أسفل، ومعنى ذلك أن المركبة الرأسية لسرعة الضوء المنكسر سوف تقل بحيث تقترب الجسيمات الكروية الضوئية من العمود على السطح الفاصل بين الوسطين.

وبذلك سوف تزداد [[سرعة متجهة|السرعة]] المحصلة، أي أن سرعة الضوء في الوسط الكثيف سوف تزداد وتصبح أكبر من سرعة الضوء في الوسط الخفيف (أي أن سرعة الضوء تعتمد على الكثافة الضوئية للوسط).
وهذا غير صحيح ويخالف التجارب العلمية حيث أن سرعة الضوء تكون أكبر ما يمكن في الفراغ أي تزداد كلما قلت الكثافة للوسط فأن سرعة الضوء في ذروتها في الفراغ وبالتالي فشلت نظرية نيوتن في تفسير ظاهرة الحيود والتداخل والاستقطاب.

=== النظرية الكهرومغنطيسية ===

وجد [[ماكسويل (وحدة)|ماكسويل]] أن الضوء هو [[موجة كهرومغناطيسية]] سرعتها تساوي سرعة الضوء. أي أن الضوء موجات كهرومغناطيسية ذات طاقة، وقد أتضح أن الشحنة الكهربائية تولد مجالاً كهربائياً حولها وهي ساكنة، وتولد مجالاً مغناطيسياً وهي متحركة. كذلك التغير في المجال الكهربائي يولد مجالاً مغناطيسياً، وهذا نص [[قانون أمبير]]. وأن التغير في المجال المغناطيسي يولد مجالا كهربائيا وهذا نص [[قانون فاراداي]].
هذه الحقيقة هي أصل تكوين [[موجة كهرومغناطيسية|الموجات الكهرومغناطيسية]] حيث أن شحنة كهربائية متذبذبة تولد في الفضاء مجالين كهربائي ومغناطيسي، أي مجالاً (كهرومغناطيسي) متغير وهذا المجال يتحرك في الفراغ بسرعة الضوء نفسها (3exp8 متر /ثانية) أي 300000 كيلومتر /ثانية.

C =1/ ((ε.μ) (1/2)) = 3 exp8

أما شدة الضوء (I) أو شدة الموجة الكهرومغناطيسية فهي (الطاقة في وحدة الزمن لوحدة المساحة وعمودية على اتجاه انتشار الموجة)
.
I= ε. (Eexp2). c

حيث (E) شدة المجال الكهربائي أو المغناطيسي (B).

يحدد المدى التقريبي للطيف الكهرومغناطيسي من موجات الراديو ذات الطول الموجي الطويل إلى [[أشعة غاما]] ذات الطول الموجي القصير جداً والطاقة العالية.
والضوء المرئي أي الذي يمكن للعين البشرية رصد موجاته يقع بين مدى من فوق البنفسجي إلى تحت الأحمر.ومن الجدير بالذكر أنة لا توجد حدود تفصل مناطق الطيف من بعضها البعض.

عندما تسقط الموجات الكهرومغناطيسية على سطح ما وبصورة عمودية فأن الجسم يمتص تلك الأشعة وأن قوة تسمى قوة الأشعاع تظهر وتحسب من خلال العلاقة التالية :

F= P/ ©

حيث P هي الطاقة لكل وحدة زمن أي القدرة للموجة الكهرومغناطيسية الممتصة ويمكن الحصول على P من خلال العلاقة التالية:

P= (u) / c

حيث u هي الطاقة الكهرومغناطيسية.

=== نظرية النسبية العامة ===

من أهم العلماء الفيزيائيين الذين قاموا بتفسير سلوك الضوء حول العالم [[ماكس بلانك|بلانك]] الذي درس الطاقة الأشعاعية المنبعثة من الأجسام الساخنة واستطاع حسابها بالقانون التالي:

E= h. f

حيث (E) هي الطاقة
و (h) هو ثابت يسمى [[ثابت بلانك]] ويساوي 6.635exp-34 J.s [[جول]].[[ثانية]].
و (f) هو التردد الضوء المنبعث.

وأن الضوء ينبعث على شكل كمات صغيرة سماها [[فوتون|الفوتون]] واقترح اينشتاين على أساس فرض بلانك أن الطاقة في الحزم الضوئية تنتشر في الفراغ بشكل حزم مركزة من الطاقة وهي الفوتونات ويكون انبعاثها على شكل كمات أي دفعات واقترح أن الضوء المار خلال الفراغ لا يسلك سلوك الموجة إطلاقاَ بل سلوك جسيم الفوتون وبذلك تعارض اينشتاين في أول الأمر مع مبدأ النظرية الموجية للضوء التي حققت نتائج مخبريه عظيمة ولكن بعد مرور فترة زمنية أيد اينشتاين فكرة النظرية الموجية وعارض نفسه أي عارض مبدأ سلوك الجسيمات.

وفي عام 1924م وضع العالم الفرنسي [[لويس دي بروي|دي بروجلي]] مبدأ هام جداً وهو المبدأ السائد حتى الآن والذي نال على أثرة شهادة الدكتوراه في الفيزياء وينص على: (أن للضوء صفة مزدوجة فهو يسلك سلوك الموجة تحت ظروف معينة - (وهذا يفسر الانعكاس والانكسار والاستقطاب والحيود والتداخل وهذا ما يتفق مع نظرية ماكسويل)- وأن الضوء يسلك سلوك الجسيم (الفوتون) تحت ظروف أخرى -(وهذا يفسر تفاعل الضوء مع المواد والظاهرة الكهروضوئية وظاهرة كومبتون وغيرها وهذا ما يتفق مع نظريات [[ألبرت أينشتاين|اينشتاين]] و[[إسحاق نيوتن|نيوتن]]).

وهذا يعني أن للمادة صفة مزدوجة فإذا كان لدينا جسم كتلته (m) يتحرك بكمية حركة (p) فأن طول الموجة المصاحبة له تعطى من خلال القانون التالي :

: λ = (h) / P

ومن وجه نظري فإن هذا القانون مهم جداً وهو محور النظرية الكمية لاحظ في القانون أن

P. λ= h

حيث أن (p) تمثل الاعتبارات الجسيمية (P = m. v حيث v سرعة الجسيم) و (λ) طول الموجة وحاصل ضربهم هو ثابت بلانك (h).
ويعني بشكل أدق أنه يمكن القول بأن حزمة أي حزمة ضوئية لها تردد وطول موجي ويمكن اعتبارها موجة ويمكن القول أن الحزمة الضوئية مشكلة من [[فوتون|الفوتونات]] أي لها طاقة حركة وكمية حركة.

=== النظرية الموجية الكمية ===

لدراسة انتقال الطاقة كحركة موجية يتطلب عادة وسط حيث تتذبذب جزيئات الوسط.
فالجسيم المتذبذب يؤثر بقوة على جاره فتجعله يتذبذب أيضاً وبهذه الطريقة فأن الحركة من جسيم إلى آخر وبالتالي يتم انتقال الطاقة الموجية في المادة، وهي حالة مشابهة لما يحدث في الماء عندما تنقل الطاقة إلى الضفة دون أن تنتقل جسيمات الماء نفسه أو انتقال الصوت في الهواء.
وفكرة الأثير ابتكرت كي يكون هذا الوسط هو الوسط الناقل للضوء بالطريقة السابقة. ولكن الضوء حسب النظرية الكهرومغناطيسية لا يحتاج إلى وسط فهو يأتي من الشمس أي في الفراغ الذي لا وسط فيه وبسرعة الضوء المطلقة وبعد ذلك تبين من [[معادلات ماكسويل|النظرية الكهرومغناطيسية]] أن [[موجة كهرومغناطيسية|الموجة الكهرومغناطيسيةعبارة]] عن تغير مجالين متوافقين بنفس التردد، أحدهما كهربائي (E) ووالآخر مغناطيسي (B).

وقد عُرّفت جبهة الموجة على أساس ذلك بأنها المحل الهندسي لجميع النقاط ذات الطور الواحد.

== اقرأ أيضاً ==

* [[الأشعة الضوئية]]
* [[كثافة التدفق الطيفي]]
* [[خطوط طيف الهيدروجين]]
* [[مطيافية فلكية]]
* [[ضغط إشعاع]]
* [[موجة كهرومغناطيسية]]
* [[طيف (توضيح)|طيف]]
* [[مطيافية الامتصاص|طيف امتصاص]]
* [[طيف الانبعاث|طيف انبعاث]]
* [[سلسلة بالمر|مجموعة خطوط بالمر]]
* [[مصباح الإضاءة|مصابيح الإضاءة]]
* [[مقياس إشعاع كروكس|طاحونة ضوئية]]
* [[مطيافية]]
* [[مطيافية الأشعة تحت الحمراء]]
* [[مطياف الإلكترونات]]
* [[مطيافية الكتلة]]
* [[مرشح ضوئي]]
* [[منحنى تساوي الإضاءة]]
* [[مصباح اصطرابي]]
* [[نمط (فيزياء)]]

== المراجع ==
{{مراجع|2 ltr}}
{{مواضيع الألوان}}
{{ضبط استنادي}}
{{روابط شقيقة}}
{{شريط بوابات|فنون|ألوان|الفيزياء|بصريات|علوم}}

[[تصنيف:ضوء| ]]
[[تصنيف:إشعاع]]