แสง

แสง (อังกฤษ: light) เป็นการแผ่อนุภาคโฟตอนที่เรียงตัวเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในบางส่วนของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ปกติเวลาพูดว่าแสงมักจะหมายถึงแสงในช่วงสเปกตรัมมองเห็นได้ ซึ่งตามนุษย์มองเห็นได้และทำให้เกิดสัมผัสการรับรู้ภาพ^[1] แสงที่มองเห็นได้ปกตินิยามว่ามีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400–700 นาโนเมตร ระหว่างอินฟราเรด (ที่มีความยาวคลื่นมากกว่าและมีคลื่นกว้างกว่านี้) และอัลตราไวโอเล็ต (ที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่าและมีคลื่นแคบกว่านี้)^[2][3] ความยาวคลื่นนี้หมายถึงความถี่ช่วงประมาณ 430–750 เทระเฮิรตซ์

ปริซึมสามเหลี่ยมกระจายลำแสงขาว ลำที่ความยาวคลื่นมากกว่า (สีแดง) กับลำที่ความยาวคลื่นน้อยกว่า (สีม่วง) แยกจากกัน

แสงที่โอนถ่ายความร้อนหรือแผ่รังสีความร้อนคือแสงที่เกิดจาก รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในทุกความยาวคลื่น ไม่ว่ามองเห็นได้หรือไม่^[4][5] ในความหมายนี้ รังสีแกมมา รังสีเอ็กซ์ ไมโครเวฟและคลื่นวิทยุก็เป็นแสงด้วย เช่นเดียวกับแสงทุกชนิด คุณสมบัติปฐมภูมิของแสงที่มองเห็นได้ คือ ความเข้ม ทิศทางการแผ่ สเปกตรัมความถี่หรือความยาวคลื่น และโพลาไรเซชัน ส่วนความเร็วในสุญญากาศของแสง 299,792,458 เมตรต่อวินาที เป็นค่าคงตัวมูลฐานหนึ่งของธรรมชาติ^[6]

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักบนโลก แสงอาทิตย์ให้พลังงานซึ่งพืชสีเขียวใช้ผลิตน้ำตาลเป็นส่วนใหญ่ในรูปของแป้ง ซึ่งปลดปล่อยพลังงานแก่สิ่งมีชีวิตที่ย่อยมัน กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้ให้พลังงานแทบทั้งหมดที่สิ่งมีชีวิตใช้ ในอดีต แหล่งสำคัญของแสงอีกแหล่งหนึ่งสำหรับมนุษย์คือไฟ ตั้งแต่แคมป์ไฟโบราณจนถึงตะเกียงเคโรซีนสมัยใหม่ ด้วยการพัฒนาหลอดไฟฟ้าและระบบพลังงาน การให้แสงสว่างด้วยไฟฟ้าได้แทนแสงไฟ สัตว์บางชนิดผลิตแสงไฟของมันเอง เป็นกระบวนการที่เรียกว่า การเรืองแสงทางชีวภาพ

อนุภาคโฟตอนมีขนาดที่เล็กมาทำให้แสงที่อนุภาคโฟตอนน้อยมองไม่ชัดหรือไม่เห็นแสง ซึ่งแสงสีขาวที่มีความถี่สูงจะมีอนุภาคโฟตอนที่หนาแน่น เพราะเหตุผลนี้แสงสีขาวที่ผ่านปริซึ่มจึงเรียงตัวเป็นคลื่นที่ต่างกัน

สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าและแสงที่เห็นได้

แสงคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถมองเห็นได้ คือ อยู่ในย่านความถี่ 380 THz (3.8×10¹⁴ เฮิรตซ์) ถึง 789 THz (7.5×10¹⁴ เฮิรตซ์) จากความสัมพันธ์ระหว่าง ความเร็ว (${\displaystyle v}$) ความถี่ (${\displaystyle f}$ หรือ ${\displaystyle \nu }$) และ ความยาวคลื่น (${\displaystyle \lambda }$) ของแสง:

${\displaystyle v=f~\lambda \,\!}$

และความเร็วของแสงในสุญญากาศมีค่าคงที่ ดังนั้นเราจึงสามารถแยกแยะแสงโดยใช้ตามความยาวคลื่นได้ โดยแสงที่เรามองเห็นได้ข้างต้นนั้นจะมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 นาโนเมตร (ย่อ nm) และ 800 nm (ในสุญญากาศ)

การมองเห็นของมนุษย์นั้นเป็นผลมาจากภาวะอนุภาคของแสงโดยเฉพาะ เกิดจากการที่ก้อนพลังงาน (อนุภาคโฟตอน) แสง ไปกระตุ้น เซลล์รูปแท่งในจอตา (rod cell) และ เซลล์รูปกรวยในจอตา (cone cell) ที่จอตา (retina) ให้ทำการสร้างสัญญาณไฟฟ้าบนเส้นประสาท และส่งผ่านเส้นประสาทตาไปยังสมอง ทำให้เกิดการรับรู้มองเห็น

อัตราเร็ว

บทความหลัก: อัตราเร็วของแสง

นักฟิสิกส์หลายคนได้พยายามทำการวัดความเร็วของแสง การวัดแรกสุดที่มีความแม่นยำนั้นเป็นการวัดของ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก โอเลอ เรอเมอร์ ในปี ค.ศ. 1676 เขาได้ทำการคำนวณจากการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวพฤหัสบดี และ ดวงจันทร์ไอโอ ของดาวพฤหัสบดี โดยใช้กล้องดูดาว เขาได้สังเกตความแตกต่างของช่วงการมองเห็นรอบของการโคจรของดวงจันทร์ไอโอ และได้คำนวณค่าความเร็วแสง 227,000 กิโลเมตรต่อวินาที

การวัดความเร็วของแสงบนโลกนั้นกระทำสำเร็จเป็นครั้งแรกโดยอีปอลิต ฟีโซ ในปี ค.ศ. 1849 เขาทำการทดลองโดยส่องลำของแสงไปยังกระจกเงาซึ่งอยู่ห่างออกไปหลายพันเมตรผ่านซี่ล้อ ในขณะที่ล้อนั้นหมุนด้วยความเร็วคงที่ ลำแสงพุ่งผ่านช่องระหว่างซี่ล้อออกไปกระทบกระจกเงา และพุ่งกลับมาผ่านซี่ล้ออีกซี่หนึ่ง จากระยะทางไปยังกระจกเงา จำนวนช่องของซี่ล้อ และความเร็วรอบของการหมุน เขาสามารถทำการคำนวณความเร็วของแสงได้ 313,000 กิโลเมตรต่อวินาที

อัลเบิร์ต ไมเคิลสัน ได้ทำการพัฒนาการทดลองในปี ค.ศ. 1926 โดยใช้กระจกเงาหมุน ในการวัดช่วงเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปกลับจากยอดเมานต์วิลสันถึงเมานต์ซานอันโตนิโอในรัฐแคลิฟอร์เนีย ซึ่งการวัดนั้นได้ 299,796 กิโลเมตร/วินาที

ปริมาณและหน่วย

ปริมาณของแสงอาจแสดงได้โดยค่าต่าง ๆ ซึ่งมีความหมายและหน่วยต่างกันไปดังนี้

ค่าและหน่วยของการวัดแสงในระบบเอสไอ

ปริมาณ	ภาษาอังกฤษ	สัญลักษณ์	หน่วยวัด	สัญลักษณ์หน่วยวัด	หมายเหตุ
ฟลักซ์ส่องสว่าง	luminous flux	Φv	ลูเมน	lm（lm= cd·sr）	ฟลักซ์การแผ่รังสีที่ถ่วงน้ำหนักด้วยค่าประสิทธิภาพการส่องสว่าง
ความเข้มของการส่องสว่าง	luminous intensity	Iv	แคนเดลา	cd（cd= lm/sr）	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยมุมตัน
ความสว่าง	luminance	Lv	แคนเดลาต่อตารางเมตร	cd/m2	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยมุมตัน หน่วยบางครั้งก็เรียกว่า nit
ความส่องสว่าง	illuminance	Ev	ลักซ์	lx（lx= lm/m2= cd·sr/m2）	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยพื้นที่
ประสิทธิภาพการส่องสว่าง	luminous efficacy	η	ลูเมนต่อวัตต์	lm/W= cd·sr/W	อัตราส่วนระหว่างฟลักซ์การส่องสว่างกับฟลักซ์การแผ่รังสี
พลังงานส่องสว่าง	luminous energy	Qv	ลูเมน·วินาที	lm·s	บางครั้งก็ใช้หน่วยที่เรียกว่า talbot

นอกจากนี้ยังมีปริมาณอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องซึ่งแสดงถึงสมบัติของแสง เช่น

• แอมปลิจูด (amplitude)
• อุณหภูมิ (temperature)
• สี (color)
• ความถี่ (frequency)
• ความยาวคลื่น (wavelength)
• โพลาไรเซชัน (polarization)

ดูเพิ่ม

• หลักการของเฮยเคินส์
• โฟตอนิกส์
• ทัศนศาสตร์