แสง

แสง (อังกฤษ: light) เป็นการแผ่อนุภาคโฟตอนที่เรียงตัวเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในบางส่วนของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ปกติเวลาพูดว่าแสงมักจะหมายถึงแสงในช่วงสเปกตรัมมองเห็นได้ ซึ่งตามนุษย์มองเห็นได้และทำให้เกิดสัมผัสการรับรู้ภาพ^[1] แสงที่มองเห็นได้ปกตินิยามว่ามีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400–700 นาโนเมตร ระหว่างอินฟราเรด (ที่มีความยาวคลื่นมากกว่าและมีคลื่นกว้างกว่านี้) และอัลตราไวโอเล็ต (ที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่าและมีคลื่นแคบกว่านี้)^[2]^[3] ความยาวคลื่นนี้หมายถึงความถี่ช่วงประมาณ 430–750 เทระเฮิรตซ์

แสงที่โอนถ่ายความร้อนหรือแผ่รังสีความร้อนคือแสงที่เกิดจาก รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในทุกความยาวคลื่น ไม่ว่ามองเห็นได้หรือไม่^[4]^[5] ในความหมายนี้ รังสีแกมมา รังสีเอ็กซ์ ไมโครเวฟและคลื่นวิทยุก็เป็นแสงด้วย เช่นเดียวกับแสงทุกชนิด คุณสมบัติปฐมภูมิของแสงที่มองเห็นได้ คือ ความเข้ม ทิศทางการแผ่ สเปกตรัมความถี่หรือความยาวคลื่น และโพลาไรเซชัน ส่วนความเร็วในสุญญากาศของแสง 299,792,458 เมตรต่อวินาที เป็นค่าคงตัวมูลฐานหนึ่งของธรรมชาติ^[6]

ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดแสงหลักบนโลก แสงอาทิตย์ให้พลังงานซึ่งพืชสีเขียวใช้ผลิตน้ำตาลเป็นส่วนใหญ่ในรูปของแป้ง ซึ่งปลดปล่อยพลังงานแก่สิ่งมีชีวิตที่ย่อยมัน กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้ให้พลังงานแทบทั้งหมดที่สิ่งมีชีวิตใช้ ในอดีต แหล่งสำคัญของแสงอีกแหล่งหนึ่งสำหรับมนุษย์คือไฟ ตั้งแต่แคมป์ไฟโบราณจนถึงตะเกียงเคโรซีนสมัยใหม่ ด้วยการพัฒนาหลอดไฟฟ้าและระบบพลังงาน การให้แสงสว่างด้วยไฟฟ้าได้แทนแสงไฟ สัตว์บางชนิดผลิตแสงไฟของมันเอง เป็นกระบวนการที่เรียกว่า การเรืองแสงทางชีวภาพ

อนุภาคโฟตอนมีขนาดที่เล็กมาทำให้แสงที่อนุภาคโฟตอนน้อยมองไม่ชัดหรือไม่เห็นแสง ซึ่งแสงสีขาวที่มีความถี่สูงจะมีอนุภาคโฟตอนที่หนาแน่น เพราะเหตุผลนี้แสงสีขาวที่ผ่านปริซึ่มจึงเรียงตัวเป็นคลื่นที่ต่างกัน

สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าและแสงที่เห็นได้

แสงคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่อยู่ในช่วงสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สามารถมองเห็นได้ คือ อยู่ในย่านความถี่ 380 THz (3.8×10¹⁴ เฮิรตซ์) ถึง 789 THz (7.5×10¹⁴ เฮิรตซ์) จากความสัมพันธ์ระหว่าง ความเร็ว ( $v$ ) ความถี่ ( $f$ หรือ $\nu$ ) และ ความยาวคลื่น ( $\lambda$ ) ของแสง:

v=f~\lambda \,\!

และความเร็วของแสงในสุญญากาศมีค่าคงที่ ดังนั้นเราจึงสามารถแยกแยะแสงโดยใช้ตามความยาวคลื่นได้ โดยแสงที่เรามองเห็นได้ข้างต้นนั้นจะมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 400 นาโนเมตร (ย่อ nm) และ 800 nm (ในสุญญากาศ)

การมองเห็นของมนุษย์นั้นเป็นผลมาจากภาวะอนุภาคของแสงโดยเฉพาะ เกิดจากการที่ก้อนพลังงาน (อนุภาคโฟตอน) แสง ไปกระตุ้น เซลล์รูปแท่งในจอตา (rod cell) และ เซลล์รูปกรวยในจอตา (cone cell) ที่จอตา (retina) ให้ทำการสร้างสัญญาณไฟฟ้าบนเส้นประสาท และส่งผ่านเส้นประสาทตาไปยังสมอง ทำให้เกิดการรับรู้มองเห็น

อัตราเร็ว

นักฟิสิกส์หลายคนได้พยายามทำการวัดความเร็วของแสง การวัดแรกสุดที่มีความแม่นยำนั้นเป็นการวัดของ นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก โอเลอ เรอเมอร์ ในปี ค.ศ. 1676 เขาได้ทำการคำนวณจากการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวพฤหัสบดี และ ดวงจันทร์ไอโอ ของดาวพฤหัสบดี โดยใช้กล้องดูดาว เขาได้สังเกตความแตกต่างของช่วงการมองเห็นรอบของการโคจรของดวงจันทร์ไอโอ และได้คำนวณค่าความเร็วแสง 227,000 กิโลเมตรต่อวินาที

การวัดความเร็วของแสงบนโลกนั้นกระทำสำเร็จเป็นครั้งแรกโดยอีปอลิต ฟีโซ ในปี ค.ศ. 1849 เขาทำการทดลองโดยส่องลำของแสงไปยังกระจกเงาซึ่งอยู่ห่างออกไปหลายพันเมตรผ่านซี่ล้อ ในขณะที่ล้อนั้นหมุนด้วยความเร็วคงที่ ลำแสงพุ่งผ่านช่องระหว่างซี่ล้อออกไปกระทบกระจกเงา และพุ่งกลับมาผ่านซี่ล้ออีกซี่หนึ่ง จากระยะทางไปยังกระจกเงา จำนวนช่องของซี่ล้อ และความเร็วรอบของการหมุน เขาสามารถทำการคำนวณความเร็วของแสงได้ 313,000 กิโลเมตรต่อวินาที

อัลเบิร์ต ไมเคิลสัน ได้ทำการพัฒนาการทดลองในปี ค.ศ. 1926 โดยใช้กระจกเงาหมุน ในการวัดช่วงเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปกลับจากยอดเมานต์วิลสันถึงเมานต์ซานอันโตนิโอในรัฐแคลิฟอร์เนีย ซึ่งการวัดนั้นได้ 299,796 กิโลเมตร/วินาที

ปริมาณและหน่วย

ปริมาณของแสงอาจแสดงได้โดยค่าต่าง ๆ ซึ่งมีความหมายและหน่วยต่างกันไปดังนี้

ค่าและหน่วยของการวัดแสงในระบบเอสไอ
ปริมาณ	ภาษาอังกฤษ	สัญลักษณ์	หน่วยวัด	สัญลักษณ์หน่วยวัด	หมายเหตุ
ฟลักซ์ส่องสว่าง	luminous flux	Φ_v	ลูเมน	lm（lm= cd·sr）	ฟลักซ์การแผ่รังสีที่ถ่วงน้ำหนักด้วยค่าประสิทธิภาพการส่องสว่าง
ความเข้มของการส่องสว่าง	luminous intensity	I_v	แคนเดลา	cd（cd= lm/sr）	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยมุมตัน
ความสว่าง	luminance	L_v	แคนเดลาต่อตารางเมตร	cd/m²	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยพื้นที่ต่อหน่วยมุมตัน หน่วยบางครั้งก็เรียกว่า nit
ความส่องสว่าง	illuminance	E_v	ลักซ์	lx（lx= lm/m²= cd·sr/m²）	ฟลักซ์ส่องสว่างต่อหน่วยพื้นที่
ประสิทธิภาพการส่องสว่าง	luminous efficacy	η	ลูเมนต่อวัตต์	lm/W= cd·sr/W	อัตราส่วนระหว่างฟลักซ์การส่องสว่างกับฟลักซ์การแผ่รังสี
พลังงานส่องสว่าง	luminous energy	Q_v	ลูเมน·วินาที	lm·s	บางครั้งก็ใช้หน่วยที่เรียกว่า talbot

นอกจากนี้ยังมีปริมาณอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องซึ่งแสดงถึงสมบัติของแสง เช่น

ดูเพิ่ม

อ้างอิง

↑ CIE (1987). International Lighting Vocabulary เก็บถาวร 27 กุมภาพันธ์ 2010 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน. Number 17.4. CIE, 4th edition. ISBN 978-3-900734-07-7.
By the International Lighting Vocabulary, the definition of light is: "Any radiation capable of causing a visual sensation directly."
↑ Pal, G.K.; Pal, Pravati (2001). "chapter 52". Textbook of Practical Physiology (1st ed.). Chennai: Orient Blackswan. p. 387. ISBN 978-81-250-2021-9. สืบค้นเมื่อ 11 October 2013. The human eye has the ability to respond to all the wavelengths of light from 400–700 nm. This is called the visible part of the spectrum.
↑ Buser, Pierre A.; Imbert, Michel (1992). Vision. MIT Press. p. 50. ISBN 978-0-262-02336-8. สืบค้นเมื่อ 11 October 2013. Light is a special class of radiant energy embracing wavelengths between 400 and 700 nm (or mμ), or 4000 to 7000 Å.
↑ Gregory Hallock Smith (2006). Camera lenses: from box camera to digital. SPIE Press. p. 4. ISBN 978-0-8194-6093-6.
↑ Narinder Kumar (2008). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. p. 1416. ISBN 978-81-7008-592-8.
↑ Uzan, J-P; Leclercq, B (2008). The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants. แปลโดย Robert Mizon. Springer-Praxis, Internet Archive: 2020-06-14 AbdzexK uban. pp. 43–4. Bibcode:2008nlu..book.....U. doi:10.1007/978-0-387-74081-2. ISBN 978-0-387-73454-5.

แหล่งข้อมูลอื่น

แสงและการมองเห็น เก็บถาวร 2014-08-04 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน

[1] CIE (1987). International Lighting Vocabulary เก็บถาวร 27 กุมภาพันธ์ 2010 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน. Number 17.4. CIE, 4th edition. ISBN 978-3-900734-07-7.
By the International Lighting Vocabulary, the definition of light is: "Any radiation capable of causing a visual sensation directly."

[Pal2001-2] Pal, G.K.; Pal, Pravati (2001). "chapter 52". Textbook of Practical Physiology (1st ed.). Chennai: Orient Blackswan. p. 387. ISBN 978-81-250-2021-9. สืบค้นเมื่อ 11 October 2013. The human eye has the ability to respond to all the wavelengths of light from 400–700 nm. This is called the visible part of the spectrum.

[BuserImbert1992-3] Buser, Pierre A.; Imbert, Michel (1992). Vision. MIT Press. p. 50. ISBN 978-0-262-02336-8. สืบค้นเมื่อ 11 October 2013. Light is a special class of radiant energy embracing wavelengths between 400 and 700 nm (or mμ), or 4000 to 7000 Å.

[4] Gregory Hallock Smith (2006). Camera lenses: from box camera to digital. SPIE Press. p. 4. ISBN 978-0-8194-6093-6.

[5] Narinder Kumar (2008). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. p. 1416. ISBN 978-81-7008-592-8.

[LeClerq-6] Uzan, J-P; Leclercq, B (2008). The Natural Laws of the Universe: Understanding Fundamental Constants. แปลโดย Robert Mizon. Springer-Praxis, Internet Archive: 2020-06-14 AbdzexK uban. pp. 43–4. Bibcode:2008nlu..book.....U. doi:10.1007/978-0-387-74081-2. ISBN 978-0-387-73454-5.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]