Τι είναι το φως και πώς καταφέρνουμε να βλέπουμε
Το ορατό φως αποτελεί ένα μικρό τμήμα της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, εκείνο που μπορεί να ανιχνεύσει το ανθρώπινο μάτι. Σε επίπεδο κβαντικής φυσικής, το φως περιγράφεται ως αποτελούμενο από φωτόνια, ενώ παράλληλα παρουσιάζει και κυματικές ιδιότητες.
Όσο ένας λαμπτήρας βρίσκεται σε λειτουργία, εκπέμπει συνεχώς φωτόνια. Αυτά φτάνουν στις επιφάνειες του χώρου, ένα μέρος του φωτός απορροφάται και ένα άλλο ανακλάται προς διάφορες κατευθύνσεις, μεταξύ άλλων και προς τα μάτια μας.
Οι φωτοϋποδοχείς στον αμφιβληστροειδή ανιχνεύουν το φως και μετατρέπουν την πληροφορία σε νευρικά σήματα. Ο εγκέφαλος επεξεργάζεται στη συνέχεια αυτά τα σήματα, επιτρέποντάς μας να αντιλαμβανόμαστε το περιβάλλον.
Με αυτόν τον τρόπο μπορούμε να δούμε ένα έπιπλο, έναν τοίχο ή ένα βιβλίο: το φως που φτάνει στα μάτια μας μεταφέρει πληροφορίες για τις επιφάνειες που βρίσκονται γύρω μας.
Τι συμβαίνει όταν κλείνουμε τον διακόπτη
Η παραγωγή φωτός από έναν λαμπτήρα συνεχίζεται όσο αυτός τροφοδοτείται με ενέργεια. Όταν ο διακόπτης ανοίγει και διακόπτεται η παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, η εκπομπή φωτός σταματά, με τον ακριβή τρόπο να εξαρτάται από τον τύπο του λαμπτήρα.
Στους λαμπτήρες πυρακτώσεως, για παράδειγμα, το ηλεκτρικό ρεύμα θερμαίνει ένα νήμα σε πολύ υψηλή θερμοκρασία, με αποτέλεσμα αυτό να εκπέμπει ορατό φως. Όταν διακοπεί το ρεύμα, το νήμα αρχίζει να ψύχεται και η φωτεινή του εκπομπή μειώνεται.
Τα φωτόνια, ωστόσο, που είχαν ήδη εκπέμψει από τη λάμπα δεν σταματούν επειδή πατήθηκε ο διακόπτης. Συνεχίζουν να κινούνται μέχρι να αλληλεπιδράσουν με κάποια επιφάνεια ή άλλο υλικό.
Πού καταλήγει το φως που έχει ήδη εκπέμψει η λάμπα;
Σε ένα δωμάτιο χωρίς παράθυρα, τα φωτόνια που βρίσκονται ακόμη στον χώρο θα συναντήσουν σύντομα τους τοίχους, το πάτωμα, τα έπιπλα και άλλα αντικείμενα.
Ορισμένα φωτόνια απορροφώνται από τις επιφάνειες, ενώ άλλα ανακλώνται και συνεχίζουν την πορεία τους μέχρι να συναντήσουν κάποια άλλη επιφάνεια. Μετά από διαδοχικές ανακλάσεις και απορροφήσεις, το ορατό φως που παραμένει στον χώρο μειώνεται δραστικά.
Καθώς η λάμπα έχει πλέον σταματήσει να εκπέμπει νέο ορατό φως, δεν υπάρχει κάτι που να αναπληρώνει συνεχώς αυτά τα φωτόνια. Έτσι, το δωμάτιο σκοτεινιάζει.
Η διαδικασία γίνεται σχεδόν αμέσως επειδή το φως κινείται με τεράστια ταχύτητα. Στο κενό ταξιδεύει με περίπου 299.792.458 μέτρα το δευτερόλεπτο και στον αέρα με ελάχιστα μικρότερη ταχύτητα. Επομένως, για να διασχίσει τις αποστάσεις ενός συνηθισμένου δωματίου χρειάζεται απειροελάχιστο χρόνο.
Γιατί βλέπουμε διαφορετικά χρώματα;
Η αλληλεπίδραση του φωτός με τις επιφάνειες εξηγεί και τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τα χρώματα.
Για παράδειγμα, όταν μια κόκκινη μπάλα φωτίζεται με λευκό φως, η επιφάνειά της ανακλά περισσότερο φως σε συγκεκριμένο τμήμα του ορατού φάσματος, ενώ απορροφά μεγαλύτερο μέρος των υπόλοιπων μηκών κύματος.
Το χρώμα που αντιλαμβανόμαστε, επομένως, δεν εξαρτάται μόνο από το ίδιο το αντικείμενο. Παίζει ρόλο και η σύσταση του φωτός που πέφτει πάνω του.
Η ενέργεια του φωτός δεν εξαφανίζεται
Παρότι το ορατό φως παύει να είναι αντιληπτό, η ενέργειά του δεν εξαφανίζεται. Όταν ένα αντικείμενο απορροφά φωτόνια, απορροφά και την ενέργειά τους. Στα συνηθισμένα υλικά ενός δωματίου, μεγάλο μέρος αυτής της ενέργειας μετατρέπεται τελικά σε θερμότητα.
Παράλληλα, όλα τα αντικείμενα που έχουν θερμοκρασία εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, κυρίως στην περιοχή του υπέρυθρου. Οι τοίχοι, τα έπιπλα και το ανθρώπινο σώμα εκπέμπουν τέτοια ακτινοβολία ακόμη και όταν το δωμάτιο είναι φωτισμένο.
Το ανθρώπινο μάτι, όμως, δεν μπορεί να ανιχνεύσει το υπέρυθρο φως. Γι' αυτό και όταν σβήνουμε τη λάμπα αντιλαμβανόμαστε σκοτάδι, παρότι στον χώρο εξακολουθεί να υπάρχει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Έτσι, το φως δεν «εξαφανίζεται» τη στιγμή που πατάμε τον διακόπτη. Τα φωτόνια που είχαν ήδη εκπέμψει συνεχίζουν για λίγο την πορεία τους, αλληλεπιδρούν με τις επιφάνειες και τελικά απορροφώνται, μεταφέροντας την ενέργειά τους στα υλικά του χώρου.
