الضوء هو إشعاع كهرومغناطيسي، يمكن العين البشرية من رؤية الأجسام غير الشفافة من خلال انعكاسه عنها و غالبا ما يقصد بالضوء الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي ، و من الممكن أيضا أن يقصد به أشكال أخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي. فالأبعاد الثلاثة الأساسية للضوء (وكل أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي) هي الشدة و اللون و الاستقطاب . و نتيجة للصفة المزدوجة للضوء حيث موجة-جسيم، يبدي الضوء سلوك الدقائق و الأمواج. وقد كان ولازال اهتمام علماء الفيزياء منصبا على معرفة مكونات المادة و القوانين التي تصف مختلف التفاعلات المتبادلة فيما بينها. البداية الفعلية كانت أعمال نيوتن حول الجاذبية, والمبنية أساسا على أعمال كبلر في رصد الكواكب. منذ ذاك الحين أمكن إنشاء نموذج لحركة كواكب المجموعة الشمسية حول الشمس. العمل الثاني لنيوتن كان يتعلق بالضوء فقد شكل اهتمام نيوتن بالميكانيكا دافعا شديدا لتفسير تركيبة الضوء على أساس ميكانيكي بحت. لقد افترض نيوتن أن الضوء عبارة عن جسيمات صغيرة تسير وفق خطوط مستقيمة ما لم يعترضها مانع ما ، و من الناحية التجريبية فقد كانت خواص الضوء , كالانعكاس على سطح مصقول و الانكسار على سطح الماء, معروفة في ذلك الوقت لذا كان على نيوتن إعطاء تفسير لهذه الظواهر على أساس نظريته الجسيمية .طبقا لنظرية نيوتن فإن انعكاس الضوء على السطوح المصقولة بحيث تكون زاوية الانعكاس تساوي زاوية الورود سببه التصادم المرن لهذه الجسيمات وارتدادها بنفس كمية الحركة. أما انكسار الأشعة الضوئية, فقد فسره باختلاف القوى المؤثرة على الجسيم في كلا الوسطين.لقد لاقت أفكار نيوتن نجاحا في أول الأمر لكن سرعان ما اكتشفت ظواهر جديدة تناقض هذه الأفكار: لعل أهمها يتلخص في ظاهرة إنتشار الضوء, حيث إذا ما سلطنا منبع ضوئي على حاجز به ثقب فالملاحظ على شاشة وراء هذا الحاجز ظهور بقعة ضوئية أعرض من الثقب و يزداد حجمها كلما ابتعدنا عن الثقب.هذا يتعارض كلية مع فرضية نيوتن فإذا افترضنا أن الضوء عبارة عن جسيمات تسير في خط مستقيم فإن ذلك يعني أن حجم البقعة الضوئية سيساوي حجم الثقب لأن الحاجز سوف يمنع الجسيمات التي لم تمر عبر الثقب من العبور .هذا دفع هيجينز إلى استنتاج أن الضوء في الحقيقة عبارة عن أمواج تنتشر في الفضاء بحيث كل نقطة من صدر الموجة تصبح بدورها منبع لموجة أخرى .ثم جاء اكتشاف آخر ليدعم فرضية الطبيعة الموجية للضوء ألا وهو ظاهرة التداخل في تجربة شقي يونج, حيث تسلط حزمة ضوئية على حاجز به شقين أبعادهما من رتبة بضع ملمترات والمسافة بينهما بضعة سنتمترات, خلف الحاجز وضعت شاشة مشاهدة للأشعة العابرة للشقين .لقد كانت نتيجة التجربة مذهلة فقد لوحظ على الشاشة مساحات مضيئة والأخرى مظلمة بحيث يكون ظهورها متناوبا أي مضيئ مظلم مضيئ مظلم وهكذا…. أثر الظاهرة كان أوضح كلما كان حجم الشقين أصغر ويختفي تماما إذا ما زاد حجمهما عن بضع عشرات من المليمترات. وقد بقيت النظرية الموجية للضوء سائدة لمدة زمنية طويلة, حتى نهاية القرن التاسع عشر حيث أدى اكتشاف إكتشاف مفهوم التأثير الكهرضوئي إلى قلب المفاهيم. فالتأثير الكهرضوئي يتلخص فيما يلي: يسلط إشعاع ضوئي على معدن موضوع في الفراغ وفي وجود حقل كهربائي مطبق بين قطبين مربوطين بجهاز قياس التيار الكهربائي. في حالة عدم وجود أي إشعاع مؤشر الجهاز يشير إلى الصفر. عند تسليط الإشعاع يلاحظ تحرك مؤشر الجهاز دلالة على وجود تيار كهربائي أي أن عددا من الإلكترونات انتزعت من المعدن وانتقلت تحت تأثير الحقل الكهربائي إلى القطب الموجب. و لتفسير ما حدث هو إن جزء من طاقة الشعاع الكهرومغناطيسي يمتصها الإلكترون المرتبط بالمعدن فيتحرر منه و يكتسب طاقة حركية. وهذه العملية تعتمد على العديد من المتغيرات و هي تردد الإشعاع و شدة الإشعاع و الطاقة الحركية للإكترون المتحرر و نوع المعدن و غيرها . إلى هنا لا شيء يتناقض مع النظرية الموجية, حيث يمكن الافتراض أن طاقة الموجة( والمتناسبية مع مربع سعة الموجة) انتقلت إلى إلكترونات المعدن. لكن التجربة أثبتت أن طاقة الإلكترونات لا تعتمد على شدة الإشعاع ولكن على تردده أيضا ، اي أن زيادة شدة الإشعاع يزيد فقط عدد الإلكترونات .
يتميز الضوء بطبيعة مزدوجة جسيمية و موجية و ينبعث الضوء على شكل وحدات تسمى فوتونات ، و يحمل كل فوتون طاقة تتناسب طرديا مع تردده ، حيث
E = h × υ
E = الطاقة ، h = ثابت بلانك و قيمته : 6.63×10-34 جول.ثانية ، υ = التردد و وحدتها هيرتز
يتناسب تردد الضوء عكسيا مع طول موجته λ حيث :
c = λ × υ
c = سرعة الضوء ، λ = طول الموجة و تقاس بالمتر أو النانومتر (10-9) أو الأنجستروم ، υ = التردد و وحدتها هيرتز
يعرف الطيف الناتج من تحليل الضوء العادي باسم الطيف المتصل.
الطيف الناتج من تحليل الضوء الصادر عن ذرات العناصر المثارة فيعرف باسم الطيف الخطي.
- يعرف الطيف الناتج من تحليل الضوء العادي باسم الطيف المتصل و ذلك بسبب عدم وجود حدود تفصل بين لون و آخر
- الطيف الناتج من تحليل الضوء الصادر عن ذرات العناصر المثارة فيعرف باسم الطيف الخطي.
- عادة يظهر الطيف الخطي على شكل خطوط ملونة منفصلة و متباعدة عن بعضها البعض بسبب اختلاف ترددها.
- يعرف الطيف الخطي أيضا باسم الطيف الذري لأنه ينتج عن تحليل الضوء الصادر عن الذرات المثارة.
- من الأمثلة على استخدامات إشعاعات الطيف الكهرومغناطيسي هو استخدام الاشعة السينية لغايات التصوير الإشعاعي لأعضاء الجسم و الكسور العظام .
- تستخدم إشعاعات الميكرويف في الاتصالات و أفران الطبخ الحديثة .
- تستخدم موجات الرادار للكشف على الطائرات و السفن ، أما الاشعة تحت الحمراء فإنها تستخدم في أجهزة الرؤية الليلية.
