A látható fény az elektromágneses sugárzás olyan része, amelyet az emberi szem képes érzékelni. Ez az elektromágneses spektrum egy viszonylag keskeny tartománya, és ide tartozik például a csillagok, így a Nap által kibocsátott sugárzás egy része is. A fényt nemcsak az emberek, hanem sok állatfaj is látja, gyakran eltérő hullámhossztartományokban. A fény jelenségeit és alkalmazásait a fizikában az úgynevezett optika a tanulmányozza.

Definíció és alapok

A látható fény hullámhossza megközelítőleg 380–750 nanométer (nm) közé esik, ami frekvenciában kb. 400–790 terahertz (THz)-nek felel meg. Energetikailag ez nagyjából 1,65–3,26 elektronvolt (eV) per foton. Ezek a határok nem élesek: egyes emberek és állatok kissé eltérő tartományt érzékelhetnek. A pontos fizikai leírásnál fontos megérteni, hogy a fény egyszerre mutat hullámok és részecskék tulajdonságait — a kvantumelmélet szerint a fény energiacsomagokban, azaz fotonokban létezik.

Spektrum és színek

A látható fényt az emberi szem az egyes hullámhosszok alapján különböző színűnek érzékeli. A természetes példa a szivárványok, ahol a fehér fény komponensei szétválva a teljes látható spektrumot megmutatják. A spektrum szokásos, külső szélektől befelé haladó sorrendje: vörös, narancssárga, sárga, zöld, kék, indigó és ibolya színként megadva. A vörösnél hosszabb hullámhosszakat (alacsonyabb frekvenciájúakat) infravörösnek, az ibolya felett magasabb frekvenciájúakat pedig ultraibolyának nevezzük.

Az emberi retinában háromféle csap receptor (S, M és L típus) különböző hullámhossz-érzékenységgel felel a kék, zöld és vörös tartományokra; ezek kombinációja adja a színlátásunkat. A színek keverése lehet additív (fényforrások, pl. monitorok) vagy szubtrakítv (festékek, nyomtatás), ez a különbség magyarázza a különböző megjelenítési eljárásokat.

A fény természete

A fény viselkedését számos jelenség írja le: hullámként diffrakciót és interferenciát mutat; részecskeként pedig fotonok szintjén kölcsönhat az anyaggal (például fotonelnyelés vagy fotoelektromos hatás). A hullámhossz, a frekvencia és a foton energiája kapcsolódnak egymáshoz a kvantum- és klasszikus összefüggéseken keresztül.

Főbb tulajdonságok

  • Intenzitás — a fényenergia mennyisége időegységenként és területegységenként; a megvilágítás erősségét jellemzi.
  • Polarizáció — a fény elektromos térerősségének rezgésirányára utal; sok optikai eszköz és jelenség (pl. polarizációs szűrők, visszaverődések) szempontjából fontos.
  • Fázis — a hullámok időbeli és térbeli eltolódása; ez határozza meg az interferencia és koherencia jelenségeit.
  • Keringési nyomaték (ang. optical angular momentum) — a fénynek lehet impulzusmomentuma és forgató hatása részecskékre; ez felhasználható mikroszkopikus tárgyak manipulálására (optikai csipeszek).

Tükrözés, törés és szóródás

A intenzitás és hullámtermészet mellett fontosak a geometriai optikai törvényei is: a tükrözés törvénye — melynek következtében egy tükörben visszatükröződő tárgyat láthatunk — kimondja, hogy a beesési és a visszaverődési szög megegyezik. A fény a különböző anyagokba való belépéskor megtörik (Snell törvénye), és az anyag hullámhosszfüggő törésmutatója miatt a fehér fény prizmán áthaladva felbontható (diszperzió). A légkörben történő szóródás (például Rayleigh-szórás) magyarázza, miért kék az ég és vöröses a naplemente.

Látható fény forrásai és alkalmazásai

A természetes források közül a Nap a legfontosabb, de ide sorolhatók a csillagok és biolumineszcens élőlények is. Mesterséges források: izzók, fénycsövek, LED-ek, lézerek. A látható fényt széles körben használjuk: látás, világítás, fotózás, televízió- és monitor-kijelzők, optikai kommunikáció (üvegszálak), orvosi képalkotás és spektroszkópia. Bizonyos műszerekkel a látható tartományon kívüli hullámhosszok is mérhetők és megjeleníthetők, de a szemünk számára ezek nem közvetlenül láthatók (kamerákkal vagy műszerekkel lehet látni)

Megjegyzések

A fizikai irodalomban a fény kifejezés időnként tágabban, bármilyen hullámhosszú elektromágneses sugárzásra is vonatkozik, akár látható, akár nem — ebben az értelemben lásd az elektromágneses sugárzás általános ismertetését. Ez a cikk azonban kifejezetten a látható fény tulajdonságaira, spektrumára és szerepére összpontosít.