Fysische eigenschappen van licht

Licht geeft strikt genomen de elektromagnetische straling weer, die met het menselijk oog waarneembaar is. Een andere fysische eigenschap van licht geeft een groter gebied met elektrische straling weer, dat zich bevindt tussen de straling van een magnetron en röntgenstraling. Naast het zichtbare licht bevat deze definitie ook het infrarode licht en de ultraviolette straling.

Fysisch is het fenomeen licht vanuit twee belangrijke gedachten te beschrijven: enerzijds gehoorzaamt licht in grote macroscopische gebieden aan de wetten van de golftheorie. Monochromatisch licht kan daarom tamelijk goed als continue elektromagnetische straling van een bepaalde frequentie en intensiteit worden beschreven. De verschillende soorten licht (ultraviolet, zichtbaar licht, infrarood, maar ook de afzonderlijke kleuren) zijn toe te wijzen aan specifieke frequenties of golflengten. Gerangschikt op basis van deze golflengten ontstaat het bekende spectrum van zichtbaar licht.

Hierbij correspondeert de frequentie van de afzonderlijke kleuren met het relatieve energiegehalte van het licht. Zo is rood licht naar verhouding energiearmer dan blauw licht. Ook is het infrarode licht duidelijk energiearmer dan het ultraviolette licht.

Een andere benaderingswijze baseert zich op de kwantumfysische eigenschappen van het licht. Verlaat men het macroscopische gebied, dan vertoont licht (en andere elektromagnetische stralingen) een discontinue aard.

De stralingsenergie wordt niet – zoals bij de golftheorie – continu overgedragen. De energie schijnt veeleer door een bepaalde korreligheid te worden gekenmerkt. Licht laat zich dus niet in willekeurig kleine hapjes overdragen, maar wordt door het overbrengen van de kleinste eenheden vervoerd. Planck ontdekte dit fenomeen als eerste, hij stond aan de wieg van de kwantummechanica.

Analoog aan de golftheorie bezit elk lichtkwantum een specifieke energie, die correspondeert met kleur of golflengte ervan. Het afzonderlijke lichtkwantum is niet deelbaar, monochromatisch licht wordt hiermee als veelvoud van een dergelijk kwantum toonbaar.

Beide theorieën zijn verdedigbaar en verschillen vooral door de maatstaven, waarin ze geldig zijn. Dit wordt ook wel ´´Golf/Deeltjes-dualiteit´´ genoemd. Omdat deze gids alleen het macroscopische gedeelte behandelt, wordt onderstaand vooral de golftheorie toegepast.

In een nog breder perspectief laat het licht zich ook in een vereenvoudigd stralenmodel weergeven. Hierbij worden de lichtstralen langs een verbindingslijn tussen de lichtbron en een als doel te beschouwen lichtpunt gevormd. Met dit eenvoudige model zijn al veel relevante optische fenomenen zoals

Door dit vermengen van afzonderlijke monochromatische aandelen ontstaan gemengde lichten. Wanneer men de spectrale samenstelling van een dergelijk licht bekijkt, dan kunnen ook na het vermengen de afzonderlijke monochromatische aandelen geïdentificeerd en gescheiden worden. De golfeigenschappen van de oorspronkelijk gebruikte lichtsoorten blijven dus behouden.

Het combineren van afzonderlijke, monochromatische aandelen voor een polychromatisch licht kan willekeurig worden uitgebreid. Zeer simpel gezegd: wanneer een spectrum licht van alle zichtbare golflengten bevat en wanneer hun intensiteiten naar behoren zijn verdeeld, dan heeft dit licht een witte kleur voor ons. Het ideale witte licht wordt hierbij door het spectrum van de zon weergegeven.

De kwaliteit van een kunstmatige lichtbron moet altijd vergelijkbaar zijn met de kenmerken van het zonlicht, omdat onze ogen zich, als resultaat van een miljoenen jaren durende evolutie, hebben aangepast aan deze lichtkwaliteit. Het zonlicht is met grote afstand de belangrijkste energiebron voor al het leven op aarde. Dat wil zeggen, simpel gezegd, dat de producenten (planten, algen etc.) met behulp van fotosynthetische processen energie en anorganische grondstoffen omzetten in biomassa.

Een fotosynthese op basis van chlorofyl (bladgroen) komt hierbij het vaakst voor. In dit syntheseproces wordt uit kooldioxide en water suiker geproduceerd. Deze suiker (glucose) stimuleert als energieleverancier de celademhaling van alle verdere processen. De consumenten (mensen, dieren, schimmels) verteren de producenten en participeren zo indirect bij de fotosynthetische energiewinning.

Naast de energietoevoer heeft het zonlicht, als een van de meest dominante natuurverschijnselen, ook andere, diepgaande relaties met biologische systemen. Zo vormt het 24-uurs dag-nachtritme de essentiële tijdtelling van de natuur. Veel processen van levende wezens, inclusief mensen, worden daarom gedurende de dag beïnvloed door de wisselende toestand van het zonlicht. Ook de jaargetijden van de gebieden die ver van de evenaar verwijderd zijn, zijn rechtstreeks gekoppeld aan het fenomeen licht – via de variërende zonnestraling.