คลื่นแสง

ภาพนี้คัดลอกมาจาก Nick Strobel's Astronomy Notes, http://www.astronomynotes.com/, copyright 1998-2002 by Nick Strobel.

---

ลักษณะความเป็นคลื่นของแสง   แสง หมายถึง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าตั้งฉากซึ่งกันและกัน เคลื่อนที่ไปพร้อมกัน โดยทิศทางการเคลื่อนที่ของคลื่นตั้งฉากกับทิศทางของสนามทั้งสอง (ดูภาพประกอบ) ลักษณะความเป็นคลื่นของแสงระบุได้ด้วยสมบัติอย่างใดอย่างหนึ่งใน 3 อย่าง กล่าวคือ ความยาวคลื่น (): ระยะระหว่างยอดคลื่น(crest)ที่อยู่ติดกัน วัดในหน่วยความยาว เช่น เมตร เซนติเมตร เป็นต้น ความถี่คลื่น (f): จำนวนการสั่นไหวของคลื่น (wave oscillatation) หรือ จำนวนลูกคลื่นต่อวินาที วัดในหน่วย cm-1 (Hz) ความเร็วคลื่น (V): สัมพันธ์กับความยาวคลื่นและความถี่คลื่นดังสมการ  V  =  f วัดในหน่วย เมตรต่อวินาที เป็นต้น     กรณีของคลื่นแสง,  v คือ ความเร็วแสง c = 3x108 เมตรต่อวินาที ซึ่งเป็นค่าคงที่ ดังนั้น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้น จะมีความถี่คลื่นสูง คลื่นที่มีความยาวคลื่นยาวจะมีความถี่ต่ำ   คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทุกชนิด ไม่ว่าจะเป็นคลื่นวิทยุ ไมโครเวพ อินฟราเรด อัลตราไวโอเล็ต รังสีเอ็กซ์ รังสีแกมมา ฯลฯ เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันหมด คือ ความเร็วแสง แม้ว่าคลื่นแต่ละชนิดดังกล่าวจะมีพลังงานไม่เท่ากัน     สมบัติความเป็นคลื่นของแสงได้รับการยืนยันจากการทดลองเกี่ยวกับการสะท้อน การหักเห การเลี้ยวเบน และการแทรกสอดว่ามีอยู่จริงและสามารถคำนวณผลลัพธ์ได้อย่างถูกต้อง เช่น การทดลองให้แสงผ่านช่องเล็กยาวแบบคู่ของทอมัส ยัง ในปี ค.ศ.1801 พบว่ามีการแทรกสอดของคลื่นแสงจากเส้นสว่างและมืดสลับกันอย่างชัดเจน  คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดแรกที่ถูกค้นพบ คือ คลื่นวิทยุ พบโดย ไฮน์ริช แฮตซ์ ในห้องทดลองที่เบอร์ลินในปี 1888 ลักษณะความเป็นอนุภาคของแสง     แสง ประกอบด้วยกลุ่มอนุภาคขนาดเล็ก แต่ละอนุภาคมีมวลน้อยมากจนถือว่าปราศจากมวล เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง   อนุภาคดังกล่าวเราเรียกว่า โฟตอน พลังงานของแต่ละโฟตอนมีค่าเท่ากับ hf เรียกว่าปริมาณ 1 ควอนตัม   โดย h คือ ค่าคงที่ของพลังค์ = 6.63x10-34 J s และ  f คือ ความถี่คลื่นแสง     ผู้ที่เสนอความคิดว่าแสงประกอบด้วยกลุ่มก้อนพลังงานที่เรียกว่า ควอนตา เป็นคนแรกคือ มักซ์ พลังค์ ในปี 1900ผู้ที่พิสูจน์เป็นคนแรกว่าแสงประกอบด้วยลำโฟตอน คือ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ จากการตีพิมพ์คำอธิบายเกี่ยวกับ ปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กทริก ในปี 1905 ตกลงว่า แสง เป็น คลื่น หรือ อนุภาค ? คำตอบ:  แสงเป็นได้ทั้งคลื่นและอนุภาค มีลักษณะของภาพที่ปรากฎที่เรียกว่า ทวิภาพของคลื่น/อนุภาค แต่จะแสดงภาพ   ความเป็นคลื่นหรืออนุภาคเพียงอย่างหนึ่งอย่างใดภายใต้สภาวการณ์หนึ่งเท่านั้น  เช่น หากให้แสงผ่านช่องเล็กยาว  แบบคู่ แสงจะแสดงภาพเป็นคลื่น แต่ถ้าควบคุมให้แสงค่อยๆ ผ่านช่องเล็กยาวแบบเดี่ยวแสงจะแสดงภาพเป็นอนุภาค