Lumo

Ondolongoj de videbla lumo:
400-700 nm

Ĉi tio estas luma ondo montrante la du komponantojn de lumo: elektra kampo E kaj magneta kampo M, kiuj oscilas orte unu al la alian kaj laŭ la direkto de delokiĝo (transversa ondo).

Lumo kutime nomiĝas tiu parto de la elektromagneta spektro, kiu estas videbla por la homa okulo, sed oni ankaŭ uzas la vorton por ajnaj elektromagnetaj radiaĵoj.

Fizikaj ecoj de lumo

La bazaj fizikaj ecoj de lumo estas koloro, heleco (aŭ lumintenso) kaj polarizado.

Koloro

32 koloroj

Natura lumo estas miksaĵo el ondoj kun diversaj frekvencoj. La okulo perceptas ilin kiel erojn de iu precipa baza koloro. Bazaj koloroj estas:

Spektraj koloroj

Koloro	Ondolongo	Frekvenco
Infraruĝa radiado
Ruĝa	625–740 nm	480–405 THz
Oranĝa	590–625 nm	510–480 THz
Flava	565–590 nm	530–510 THz
Verda	520–565 nm	580–530 THz
Cejana	500–520 nm	600–580 THz
Blua	450–500 nm	670–600 THz
Indiga	430–450 nm	700–670 THz
Viola	380–430 nm	790–700 THz
Ultraviola radiado

Aliaj koloroj estas miksaĵoj de tiuj bazaj koloroj. La okulo (male al la orelo) ne kapablas analizi la frekvencojn kaj perceptas en ĉiu punkto nur unu rezultan koloron. Per aparatoj tamen eblas analizi miksfrekvencan lumon.

Oni rimarku, ke la rilato inter frekvenco kaj koloro dependas de kulturo kaj lingvo.

Heleco (lumintenso)

Triangula prismo disigante radion de blanka lumo. La plej longaj ondolongoj (ruĝaj) kaj la plej mallongaj (bluaj) apartiĝas.

Malgraŭ ke heleco estas ĝenerala termino por priskribi helan aĵon, ĝia uzo estas aparte uzata en astronomio:

• heleco, aŭ pli simple helo, estas la lumintenso de la luma energio de stelo aŭ alia astro, esprimante per kandelo (simbolo cd),
• helodenso, aŭ ankoraŭ luminanco, estas la lumintenso je surfacunuo de lumfonto laŭ donita direkto, esprimante per kandelo je kvadrata metro (simbolo cd/m²),
• lumeco estas la elsendata energio je sekundo esprimata en vato (simbolo W),
• absoluta magnitudo (logaritma skalo de heleco),
• ŝajna magnitudo (logaritma skalo de heleco rilatante al alia astro).

Polarizado

Distingeblas tri polarizadoj:

• linia polarizado
• cirkla polarizado
• elipsa polarizado

En speciala kaj ĝenerala relativeco, lumkonuso estas la vojo per kiu radiaro de lumo, eliranta el unusola situacio (en unusola punkto en spaco kaj en unusola momento en tempo) kaj veturanta en ĉiuj direktoj, irus tra spactempo.

Fluoresko

Kolekto de 47 mineraloj lumigitaj pere de ultraviola lumo, elsendataj lumon videblan diverskolore pere de la procezo de fluoresko.

La fluoresko estas partikulara tipo de lumo-elsendo, kiu karakterizas la substancojn kiuj estas kapablaj absorbi energion en formo de elektromagneta radiado kaj poste elsendi parton de tiu energio kiel elektromagneta radiado de diferenca ondolongo.

La totala energio elsendita kiel lumo estas ĉiam malpli granda ol la totala energio absorbita kaj la diferenco inter ambaŭ estas disigita en formo de varmo. En la majoritato de okazoj la ondolongo elsendita estas pli granda - kaj tiele de malpli da energio - ol tiu absorbita, tamen, se la radiado de ekscito estas intensa, eblas, ke elektrono absorbas du fotonojn; en tiu dufotona absorbo, la ondolongo elsendita estas pli mallonga ol tiu absorbita, tamen ambaŭokaze la totala energio elsendita estas malpli granda ol la totala energio absorbita.

Teorioj pri lumo

Historie oni multe diskutis pri la naturo de lumo. Teorio pri tio ĉi devas klarigi la agon de lumo en diversaj situacioj, ekz. reflekton kaj refrakton.

Historiaj teorioj

Klasika Grekio kaj Helenismo

Skulptaĵo reprezentanta Eŭklidon, Oxford University Museum.

En la 5a jarcento a.K., Empedoklo postulis, ke ĉio estas komponita el kvar elementoj: aero, akvo, tero, fajro. Li kredis, ke Afrodito faris la homan okulon el la kvar elementoj kaj ke ŝi lumigis fajron en la okulo kiu brilis el ĝi farante la vidkapablon ebla. Se tio estus prava, tiam oni povus vidi dumnokte same kiel dumtage, tiele Empedoklo postulis interagadon inter radioj el la okuloj kaj radioj el la fonto kia la suno.

Ĉirkaŭ 300 a.K., Eŭklido verkis Optikon, en kiu li studis la proprecojn de lumo. Eŭklido postulis, ke la lumo veturis laŭ rektaj linioj kaj li priskribis la leĝojn de reflekto kaj studis ilin matematike. Li pristudis ke vidkapablo estas la rezulto de radio el la okulo, kaj li pridemandis kiel oni vidas la stelojn tuje, se oni fermas la okulojn kaj poste oni malfermas ilin nokte. Kompreneble se la radio el la okulo veturas senfine rapide tio ne estas problemo.

En 55 a.K., Lukrecio, nome romiano kiu uzis la ideojn de la pli fruaj grekaj atomistoj, verkis la jenon:

"La lumo kaj varmo de la suno; tiuj estas komponitaj el malgrandegaj atomoj kiuj, kiam ili estas forigitaj, ne perdas tempon en tuj eliri tra la interspaco de aero en la direkto pelita de la eliro." – Pri la naturo de la Universo

Spite esti similaj al la postaj partikloteorioj, la vidpunktoj de Lukrecio ne estis ĝenerale akceptitaj.

Ptolemeo (ĉ. 2a jarcento) verkis pri la refrakto de lumo en sia libro Optiko.

Klasika Hindio

En la antikva Hindio, la hinduismaj skoloj Samĥja kaj Vajŝeŝika, el ĉirkaŭ la komencaj jarcentoj a.K. disvolvigis teoriojn prilumajn. Laŭ la skolo Samĥja, lumo estas unu el la kvin fundamentaj "subtilaj" elementoj (tanmatra) el kiuj aperas la ĉefaj elementoj. La atomeco de tiuj elementoj ne estas specife menciitaj kaj ĝi aperas ke ili estas fakte konsideritaj kontinuaj. Aliflanke, la skolo Vajŝeŝika havigas atoman teorion el la fizika mondo sur la neatoma grundo de etero, spaco kaj tempo. La bazaj atomoj estas tiuj de tero (prthivi), akvo (pani), fajro (agni), kaj aero (vayu). Lumradioj estas el radio de alta rapideco de atomoj tejas (fajro). La partikloj de lumo povas montri diferencajn karakterojn depende el la rapido kaj el la aranĝoj de la atomoj tejas.

La Viŝnu Purana aludas al la sunlumo kiel "la sep radioj de la suno".

La hindiaj Budhistoj, kiaj Dignāga en la 5a jarcento kaj Dharmakirti en la 7a jarcento, disvolvigis tipon de atomismo kiu estas filozofio pri realeco kiel io komponita el atomaj entoj kiuj estas pormomente brilaĵoj el lumo aŭ energio. Ili rigardis lumon kiel atoman enton ekvivalenton de energio.

Kartezio

René Descartes labore.

René Descartes (1596–1650) asertis, ke la lumo estas meĥanika propreco de la luma korpo, malakceptante la "formojn" de Ibn al-Hajtam kaj de Vitelono same kiel la "specojn" de Bacon, Grosseteste, kaj de Kepler. En 1637 li publikigis teorion pri refrakto de lumo kiu estas konsiderita, malĝuste, ke lumo veturis pli rapide en pli densa etoso ol en malpli densa etoso. Descartes alvenis al tiu konkludo per analogio kun la konduto de sonaj ondoj. Kvankam Descartes malpravis pri la relativaj rapidoj, li pravis en akcepto ke la lumo kondutas kiel ondo kaj en konkludo ke refrakto povu esti klarigita per la rapido de la lumo en diferencaj etosoj.

Descartes ne estis la unua kiu uzis la meĥanikajn analogiojn sed ĉar li klare asertas ke la lumo estas nur meĥanika propreco de la luma korpo kaj la transmita etoso, la teorio de Descartes pri lumo estas konsiderata kiel komenco de la moderna fizika optiko.

Partikla teorio

• proponita fare de Isaac Newton en la 17-a jarcento
• lumo konsistas el partikloj elradiataj en ĉiujn direktojn
• reflekto okazas samkiel ĉe normalaj objektoj

Onda teorio

• proponita fare de Christiaan Huygens ankaŭ en la 17-a jarcento
• lumo konsistas el ondoj
• klarigas la fenomenojn de polarizado kaj interfero
• ondoj bezonas medion por transmoviĝi (vidu etero)

Elektromagneta teorio

Juna James Clerk Maxwell ĉe la Trinity College (Kembriĝo). Li tenas kolorradon por eksperimentoj pri lumo.

• proponita fare de James Clerk Maxwell fine de la 19-a jarcento
• lumo konsistas el elektromagnetaj ondoj
• tiuj ne bezonas medion / elektromagneta kampo agas kiel medio
• videbla lumo estas nur parto de la pli granda elektromagneta spektro

Kvantuma teorio

• kombinaĵo de la tri antaŭaj teorioj
• lumo konsistas el energikvantumoj (fotonoj), kiuj agas foje kiel partikloj, foje kiel ondoj
• Max Planck proponis en 1900, ke lumo konsistas el kvantoj de energio
• Albert Einstein ricevis la Nobelan premion en 1921 por sia klarigo pri la fotoelektra efiko.

Relativeca teorio / Lumrapideco

Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Lumrapideco.

La plej konata teorio fare de Albert Einstein, la speciala teorio pri la relativeco, baziĝas sur la hipotezo, ke la rapideco de lumo sendependas de la rapideco de la spektantoj, kontraŭe al la rapideco de aliaj objektoj.

Laŭ ĉi-teorio la lumrapideco en vakuo egalas al

$c_{0}={\frac {1}{\sqrt {\epsilon _{0}\,\mu _{0}}}}=299.792,458km/s$

$\epsilon _{0}$ kaj $\mu _{0}$ estas elektromagnetaj konstantoj, kiuj sendependas de la sistemo de la spektanto, do ankaŭ la rapideco de lumo devas sendependi.

Laŭ la relativeca teorio, nenio ajn povas transiri la rapidon de lumo.

Pensoj pri lumo en societo

Ofte la koncepto de lumo havas asociojn kun bono, kaj la inverso estas ke mallumo havas asociojn kun malbono. Tio estas komuna en literaturo kaj en la Biblio, ktp.

Vidu ankaŭ

• Videbla spektro
• Luma poluo
• Lumigo
• Elektra lumo
• Fotofobio
• Lumantaj bestoj
• Luminesko
• Mallumo
• Sonoluminesko
• Sunĉelo
• Spontanea eligo estas procezo per kiu luma fonto kiel atomo, molekulo aŭ atomkerno en ekscitita stato spertas trairon al la tera stato kaj disradias fotonon.
• Plivigligita eligo
• Lumkoloro

Eksteraj ligiloj

• OPTIKO Arkivigite je 2006-06-20 per la retarkivo Wayback Machine: Ĉapitro el lernolibro fare de SÁRKÖZI János. Subĉapitroj: optiko ĝenerale, fotometrado, ekesto, propagiĝo, refrakto de la lumo, ondooptiko, polarizigo, lumo kaj materialo, la okuloj, optikaj instrumentoj. 129 paĝoj, formo PDF, 882 KB.
• http://www.idomu.lt/rankvedis/prf_4.html Arkivigite je 2006-03-16 per la retarkivo Wayback Machine
• http://www.dango.ne.jp/anfowld/index.html Arkivigite je 2006-02-05 per la retarkivo Wayback Machine
• http://cph.ing.dk/konf/root/redproduktion/sub/noter/html/4375.html Arkivigite je 2006-03-09 per la retarkivo Wayback Machine
• http://www.altair.org Arkivigite je 2003-11-25 per la retarkivo Wayback Machine