Frågan om hur lätt reser genom rymden är en av fysikens ständiga mysterier. I moderna förklaringar är det ett vågfenomen som inte behöver ett medium genom vilket man kan sprida sig. Enligt kvantteori beter sig den också som en samling av partiklar under vissa omständigheter. För de flesta makroskopiska ändamål kan dess beteende beskrivas genom att behandla det som en våg och tillämpa principerna för vågmekanik för att beskriva dess rörelse.

Elektromagnetiska vibrationer

I mitten av 1800-talet gjorde skotska fysiker James Clerk Maxwell fastställde att ljus är en form av elektromagnetisk energi som färdas i vågor. Frågan om hur den klarar av att göra det i avsaknad av ett medium förklaras av typen av elektromagnetiska vibrationer. När en laddad partikel vibrerar, producerar den en elektrisk vibration som automatiskt inducerar en magnetisk en - fysiker visualiserar ofta dessa vibrationer som förekommer i vinkelräta plan. De parade oscillationerna sprider sig utåt från källan; inget medium, förutom det elektromagnetiska fält som genomtränger universum, krävs för att genomföra dem.

En ljusstråle

När en elektromagnetisk källa alstrar ljus, strömmar ljuset utåt som en serie av koncentriska sfärer åtskilda i enlighet med källans vibrationer. Ljuset tar alltid den kortaste vägen mellan en källa och en destination. En linje som dras från källan till destinationen, vinkelrätt mot vågfronterna, kallas en stråle. Långt från källan degenereras sfäriska vågfronar i en serie parallella linjer som rör sig i riktning mot strålen. Deras avstånd definierar ljusets våglängd och antalet sådana linjer som passerar en given punkt i en given tidsenhet definierar frekvensen.

Ljusets hastighet

Frekvensen med vilken en ljuskälla vibrerar bestämmer frekvensen och våglängden - av den resulterande strålningen. Detta påverkar direkt energin hos vågpaketet - eller bristning av vågor som rör sig som en enhet - enligt ett förhållande som etablerades av fysikern Max Planck i början av 1900-talet. Om ljuset är synligt bestämmer vibrationens frekvens färgen. Ljusets hastighet påverkas emellertid inte av vibrationsfrekvensen. I vakuum är det alltid 299 792 kilometer per sekund (186, 282 miles per sekund), ett värde betecknat med bokstaven "c." Enligt Einsteins Relativitetsteori går inget i universum snabbare än detta.

Brytning och regnbågar

Ljus reser långsammare i ett medium än det gör i vakuum och hastigheten är proportionell mot medietets densitet. Denna hastighetsvariation orsakar ljus att böja vid gränssnittet mellan två medier - ett fenomen som kallas brytning. Vinkeln som den böjer beror på densiteten hos de två medierna och våglängden hos det infallande ljuset. När ljus som förekommer på ett transparent medium består av vågfronter med olika våglängder, böjer varje vinkelfront i en annan vinkel, och resultatet är en regnbåge.