แสง

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

ปริซึมสามเหลี่ยมกระจายลำแสงขาว ลำที่ความยาวคลื่นมากกว่า (สีแดง) กับลำที่ความยาวคลื่นน้อยกว่า (สีม่วง) แยกจากกัน

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

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

อนุภาคโฟตอนมีขนาดที่เล็กมาทำให้แสงที่อนุภาคโฟตอนน้อยมองไม่ชัดหรือไม่เห็นแสง ซึ่งแสงสีขาวที่มีความถี่สูงจะมีอนุภาคโฟตอนที่หนาแน่น เพราะเหตุผลนี้แสงสีขาวที่ผ่านปริซึ่มจึงเรียงตัวเป็นคลื่นที่ต่างกัน

สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าและแสงที่เห็นได้แก้ไข

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

อัตราเร็วแก้ไข

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

การวัดความเร็วของแสงบนโลกนั้นกระทำสำเร็จเป็นครั้งแรกโดย Hippolyte Fizeau ในปี ค.ศ. 1849 เขาทำการทดลองโดยส่องลำของแสงไปยังกระจกเงาซึ่งอยู่ห่างออกไปหลายพันเมตรผ่านซี่ล้อ ในขณะที่ล้อนั้นหมุนด้วยความเร็วคงที่ ลำแสงพุ่งผ่านช่องระหว่างซี่ล้อออกไปกระทบกระจกเงา และพุ่งกลับมาผ่านซี่ล้ออีกซี่หนึ่ง จากระยะทางไปยังกระจกเงา จำนวนช่องของซี่ล้อ และความเร็วรอบของการหมุน เขาสามารถทำการคำนวณความเร็วของแสงได้ 313,000 กิโลเมตรต่อวินาที

Albert A. Michelson ได้ทำการพัฒนาการทดลองในปี ค.ศ. 1926 โดยใช้กระจกเงาหมุน ในการวัดช่วงเวลาที่แสงใช้ในการเดินทางไปกลับจาก ยอด Mt. Wilson ถึง Mt. San Antonio ในรัฐแคลิฟอร์เนีย ซึ่งการวัดนั้นได้ 299,796 กิโลเมตร/วินาที

หน่วยและการวัดแก้ไข

หน่วยที่ใช้ในการวัดแสง

ความจ้า (brightness) หรือ อุณหภูมิ(temperature)
ความสว่าง (illuminance หรือ illumination) (หน่วยSI: ลักซ์ (lux))
ฟลักซ์ส่องสว่าง (luminous flux) (หน่วย SI: ลูเมน (lumen))
ความเข้มของการส่องสว่าง (luminous intensity) (หน่วย SI: แคนเดลา (candela))

นอกจากนี้ยังมี:

ความสุกใสของแสง (brilliance) หรือ แอมปลิจูด (amplitude)
สี (color) หรือ ความถี่ (frequency)
ความกว้างคลื่น (bandwidth)
ความยาวคลื่น (wavelength)
โพลาไรเซชั่น (polarization) หรือ มุมการแกว่งของคลื่น (angle of vibration)

หน่วย SI ของแสง
ปริมาณ	หน่วย SI	ตัวย่อ	หมายเหตุ
พลังงานของการส่องสว่าง	จูล (joule)	J
ฟลักซ์ส่องสว่าง (Luminous flux)	ลูเมน (lumen) หรือ แคนเดลา · สเตอเรเดียน (candela · steradian)	lm	อาจเรียกว่า กำลังของความสว่าง (Luminous power)
ความเข้มของการส่องสว่าง (Luminous intensity)	แคนเดลา (candela)	cd
ความเข้มของความสว่าง (Luminance)	แคนเดลา/ตารางเมตร (candela/square metre)	cd/m²	อาจเรียกว่า ความหนาแน่นของความเข้มการส่องสว่าง
ความสว่าง (Illuminance)	ลักซ์ (lux) หรือ ลูเมน/ตารางเมตร	lx
ประสิทธิภาพการส่องสว่าง (Luminous efficacy)	ลูเมน ต่อ วัตต์ (lumens per watt)	lm/W

ดูเพิ่มแก้ไข

อ้างอิงแก้ไข

↑ 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.

แหล่งข้อมูลอื่นแก้ไข

แสงและการมองเห็น

[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]