Mikä on valo?

Valolla tarkoitetaan ihmisen silmälle näkyvää pientä taajuuskaistaa suuremman sähkömagneettisen (EM) säteilyasteikon joukossa. Useimmat EM-aallot värähtelevät nopeudella, jota ihmiset eivät pysty havaitsemaan visuaalisesti. Tätä voidaan verrata koiran pilliin, jonka sävelkorkeus ei ole ihmisten korvien kuulema. Samoin jotkut eläimet näkevät EM-taajuuksia, joita ihmiset eivät pysty. Esimerkiksi mehiläiset näkevät ultravioletti (UV) -alueella poimia kuvioita kukista, jotka näkyvät vain UV-säteilyllä varustetulla näkymällä.

EM-säteily on sähkökenttä, jolla on magneettiset ominaisuudet, jotka leviävät pisteestä toiseen tai säteilevät ulospäin. EM-säteily on aalto, jolla on taajuus ja amplitudi. Taajuus tarkoittaa, kuinka monta aaltoa kulkee kiinteä piste sekunnissa, kun taas amplitudi mittaa aallon korkeutta. Näkyvän valon aallonpituus on 400-700 nanometriä. Tämän näkökulmasta tarkasteltuna nanometri on miljardi metriä (miljardi 3,281 jalkaa).

Valolla on erilaisia ominaisuuksia riippuen sen amplitudista ja aallonpituudesta. Pidemmät aallot tai matalammat taajuudet johtavat punaiseen valoon, kun taas lyhyemmät aallot tai korkeammat taajuudet johtavat siniseen. Punainen on näkyvän spektrin toisessa ääripäässä, kun taas sininen tai violetti valo on toisessa. Aivan sinisen / violetin spektrin ulkopuolella ovat ultra-lyhyet aallot, joita kutsutaan ultravioleteiksi. Tätä juuri näkyvää ja melkein näkyvää valoa kutsutaan myös HEV (High Energy Ultra Violet) -valoksi.

Sinisen spektrin loppupäässä suurin osa säteilystä tulee näkymättömäksi, mikä johtaa himmeä violettiin valoon, jota kutsutaan myös mustaksi valoksi. Tällä aallonpituudella on mielenkiintoisia ominaisuuksia sikäli, että tietyt pigmentit absorboivat ylimääräistä säteilyä, jota ei voida nähdä, aiheuttaen näiden pigmenttien säteilyttämään energiaa ja hehkua uudelleen. Yksi esimerkki on mustan valon juliste. Hieman lyhyemmät aallonpituudet tuottavat mustaa valoa, jota käytetään rikollisessa oikeuslääketieteessä fluoresoimaan kehon nesteitä, kuten virtsaa ja verta. UV-säteilyn lisäksi EM-asteikolla ovat röntgen- ja gammasäteet. Kosmiset säteet laskeutuvat tänne; vaikka monet tutkijat uskovat, että kosmiset säteet eivät kuulu teknisesti EM-spektriin.

Näkyvän spektrin vastakkainen pää ylittää punaisen infrapuna-alueen. Infra on latinan kielellä "alapuolella", joten infrapuna tarkoittaa kirjaimellisesti "punaisen alapuolella". Infrapunavaloa käytetään yönäkökameroihin ja lämpökuvaukseen. Tässä aallonpituudessa lämpimät esineet näyttävät kirkkaammilta kuin kylmät esineet. Infrapunaa käytetään myös tietokoneiden oheislaitteiden lyhyen kantaman verkottamiseen IRDA (Infrared Data Association) -määrityksen avulla. Aallonpituuksien kasvaessa edelleen, saavutamme mikroaallot, joita seuraavat radioaallot, ja lopulta, yleislähetysspektri.

Vaikka valoa kuvataan usein aallona, sillä on kvanttifysiikan mukaan kaksoisluonne. Fysiikka kuvaa valoa fotoneina tai massattomina energiahiukkasina, jotka voivat toisinaan käyttäytyä kuin aalto. Olipa kyseessä aalto-, hiukkas- tai värisevä ”merkkijono”, kuten ylikuormitusteoria viittaa, tyhjiössä kaikki EM-säteily liikkuu vakionopeudella 186 282 mailia sekunnissa tai 299 792 458 metriä sekunnissa. Kevyt vuosi on siis etäisyys, jonka valo voi kulkea vuodessa. Lähin tähti, Alpha Centauri, on neljän valovuoden päässä.