Det har tagit lite mer än 8 minuter för ljuset som vi ser att komma från solen till våra ögon. Solen befinner sig väldigt långt bort från jorden, men ljuset  rör sig otroligt fort. När solen går upp på morgonen har himlen en vacker, röd färg. Efter en stund övergår den röda färgen till himmelsblå. Senare på dagen faller det kanske ett regn. Om man vänder sig bort från solen kan man ibland se en vacker regnbåge. Solens vita ljus har både reflekterats och brutits i vattendropparna. Molnen som solen lyser på är vita, men regnbågen visar tydligt att det vita ljuset består av flera olika färger.

Det tar 8 minuter för ljuset att ta sig från solen till jorden. Ljuset ser vitt ut, men består av flera olika färger.

Solen är vår huvudsakliga ljus- och energikälla här på jorden. Vi befinner oss på ett lagom stort avstånd från den, vilket gör att vår planet går att leva på. På jorden drivs både klimat och väder av energin som strålar in. Det kommer också en hel del partiklar från solen. Flera av dem passerar rakt igenom dig, men i norra Sverige skapar några av dem vackra norrsken som lyser upp kvällshimlen. Solens ljus är viktigt för livet på jorden och vi har anpassat oss efter dess strålar. Väldigt mycket av vad vi vet om världen runt omkring oss känner vi till tack vare ljuset.

Eftersom solens ljus är så viktigt för oss har vi alltid fascinerats av det. Vår förståelse för ljus löper som en röd tråd genom vår historia. Frågor som vad ljuset är och hur fort det rör sig har fått olika förklaringar genom historien, men att ljuset är centralt för hur vi förstår vår värld har det aldrig varit någon tvekan om. Nästan allt vi vet om hur universum beter sig och vad som finns i universum, vet vi genom observationer av ljus.

Det här kapitlet handlar om vad ljus är, tar upp några olika ljuskällor och går sedan in på optik. Optik är läran om ljusets utbredning och brytning. Det handlar alltså om att använda speglar och linser till att ändra hur ljuset rör sig. Syftet är oftast att skapa bilder, till exempel i en kamera. Vår viktigaste “ljusdetektor” är ögat, och olika djurs ögon har anpassats på olika sätt för att de ska fungera så bra som möjligt i sitt sammanhang. Optiken är viktig både för att förstå hur ögon fungerar, och för att till exempel ta fram bra glasögon.

Ljus är elektromagnetisk strålning som vi kan se med våra ögon. Vi kommer här, precis som forskare och ingenjörer, arbeta med olika modeller för ljus i olika situationer. Det gör vi för att på bästa sätt förklara olika fenomen. Den enklaste modellen är att ljuset går från en punkt till en annan, som strålar längs raka linjer. Den modellen, strålmodellen, fungerar bra för att beskriva det mesta vi ser runt omkring oss i vardagen.

När vi pratar om ljus brukar vi mena synligt ljus, det vill säga ljus som våra ögon kan se. För att förklara att vi kan se olika färger använder vi en modell där ljuset beskrivs som vågor. Olika färger har då olika långt mellan vågornas toppar, olika våglängder. Den här modellen kallas vågmodellen.

Det finns flera andra fenomen som bäst kan förklaras om ljuset ibland beskrivs som en våg och ibland som en partikel, en så kallad foton. Den modellen kallas partikelmodellen.

Ljus är strålning som vi kan se med våra ögon. Det finns olika modeller för att beskriva vad ljus är, och hur det beter sig.

Ljus rör sig väldigt, väldigt fort. Men hur fort? Länge trodde forskarna att ljuset rörde sig oändligt snabbt, eftersom de inte lyckades mäta att det tog någon tid för ljuset att komma från en punkt till en annan. Idag vet vi att ljusets hastighet är ändlig. Ljusets hastighet är så viktig för forskarna att de till slut valde att sätta den som en konstant. Bokstaven c används numera alltid för att beteckna ljushastigheten i vakuum. 1983 bestämdes det att c=299 792 458 m/s. Då bestämde man också att längden 1 meter är så långt som ljuset rör sig på 1/299 792 458 sekund. Oftast räcker det bra att räkna med 300 000 km/s.

Hur kan man mäta något som rör sig så fort? Tricket är att mäta mycket noga över väldigt långa sträckor. Den danske fysikern Ole Rømer var den förste som lyckades. Han studerade en av Jupiters månar, Io, och hur den förmörkas när Jupiter skymmer solljuset. Ole märkte att tiden som Io var förmörkad varierar. Förmörkelsen varar längre stund när Jupiter och Io är på väg bort från jorden, än när de är på väg mot jorden. Ole drog slutsatsen att det beror på att ljuset inte rör sig oändligt fort, som man trodde på den tiden (1672). När Jupiter och Io är på väg bort från jorden måste ljuset röra sig en längre sträcka till jorden efter förmörkelsen, eftersom Io under tiden har förflyttats längre bort. Eftersom ljuset inte rör sig oändligt fort tar det då lite längre tid för ljuset att nå jorden. Från jorden ser det alltså ut som att förmörkelsen varar längre när Jupiter och Io rör sig bort från jorden.

För att förstå ljusets färger använder vi oss av vågmodellen. Vi betraktar alltså ljuset som en våg av strålning. Det vi kallar ljus, eller synligt ljus, är den delen av den elektromagnetiska strålningen som vi kan se. Våglängden för det synliga ljuset varierar mellan ca 750 nm och 400 nm. Det är i det här området som ljuset från solen är som starkast och våra ögon har anpassats till detta.

I vågmodellen beskrivs ljus som en våg av strålning. Olika färger har olika långa vågor. Det finns strålning med både längre och kortare vågor än de vi kan se med våra ögon.

Varför kallar vi det elektromagnetisk strålning? Laddade partiklar, som elektroner, påverkas av ljuset. Det gör de eftersom ljuset är en elektromagnetisk våg. Det betyder att ljusvågen har både ett elektriskt fält, och vinkelrätt mot detta, ett magnetiskt fält. När en ljusvåg passerar en elektron kommer elektronen att börja “guppa” i vågen, ungefär som ett löv på en vattenyta. Elektronens rörelse bestäms framförallt av det elektriska fältet. Därför brukar vi bara rita ut det när vi ritar en ljusvåg. Det går faktiskt att vända på processen, och skapa ljus genom att tvinga en elektron att röra sig upp och ner.

[Bild på elektromagnetiskt fält]

Ljus kan beskrivas som en våg i ett elektriskt fält, och en våg i ett magnetiskt fält.

Det finns elektromagnetisk strålning med många olika långa våglängder. Här är några exempel:

• Radiovågor: 1 meter och längre.
• Mikrovågor: 1 mm till 1 meter.
• Terahertz-strålning: 0,1 till 1 mm.
• Infrarött ljus (IR): 750 nanometer till 1000 mikrometer.
• Synligt ljus:
• Ultraviolett ljus:
• Röntgenstrålning:
• Gammastrålning: